(57)【要約】【課題】低コストで廃却等できると共に、大きな減衰力を発揮できる積層支持体を得る。【解決手段】積層弾性体１６の弾性体中空部２８には、弾完全塑性体（非硬化弾塑性体）で構成された塑性流動材３０が注入され、さらに、塑性流動材３０内には、塑性流動材３０に対して剛性とみなせる硬質の材料で構成された球形の球状体３２が、所定の体積充填率となるように複数充填されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性を有する剛性板と弾性を有する弾性板とが所定の積層方向に交互に積層されて構成され、この積層方向に中空部が形成された積層弾性体と、
弾完全塑性体で構成され前記中空部内に注入された塑性流動材と、
前記塑性流動材内に充填された硬質充填材と、
を有することを特徴とする積層支持体。
【請求項２】
前記塑性流動材のせん断降伏応力σｙが、０．１Ｍｐａ≦σｙ≦１０Ｍｐａであることを特徴とする請求項１に記載の積層支持体。
【請求項３】
前記硬質充填材の体積充填率が、２５％〜７４％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の積層支持体。
【請求項４】
前記硬質充填材が、粒状に形成された粒状体であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の積層支持体。
【請求項５】
前記粒状体の最大粒径ｄが、０．００２ｍｍ≦ｄ≦２．０ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の積層支持体。
【請求項６】
前記粒状体の最大粒径ｄがさらに、０．０１ｍｍ≦ｄ≦０．６ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載の積層支持体。
【請求項７】
前記硬質充填材の形状が略球形であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の積層支持体。
【請求項８】
前記硬質充填材が、略環状に形成された複数の環状部材を鎖状に連結して構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の積層支持体。
【請求項９】
前記硬質充填材が、硬質繊維であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の積層支持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層支持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ゴムなどの軟質板と金属などの硬質板とを交互に積層した積層支持体が、免震装置の支承等として使用されている。このような積層支持体には、例えば、中心に中空部を形成し、その内部に金属コアが圧入されたものがある。
【０００３】
この金属コアとしては、減衰性能が安定している鉛製のものが使用されることが多いが、鉛は、廃却時等に要するコストが大きい。このため、特許文献１には、鉛に代えて、中空部に粘性体と固体物質とを封入し、固体物質の隙間を粘性体で充填するようにした免震装置が提案されており、固体物質としては、仕切り部材や柱状体及び粒状体が挙げられている。
【０００４】
さらに特許文献１には、仕切り部材や柱状体のように硬質材料として大型のものを使用する場合の粘性体の例として、未加硫ゴムが例示されているが、大型の硬質材料の場合には、硬質材料自体も変形に追従しなければならないため、柔軟性が必要となる。柔軟性のある硬質材料では粘性体の流れを制約する効果は少なく、大きな減衰力を示さない。
【０００５】
また、特許文献１では、粒状の硬質材料と組み合わせる粘性体として油等の液状体を例示しているが、長期の使用では液状体中で硬質部材が沈殿してしまい、分散状態が悪化する。このため、部分的に減衰特性が変化してしまい、安定した減衰性能を発揮できない。
【特許文献１】特公平７−８４８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事実を考慮し、低コストで廃却等できると共に、大きな減衰力を発揮できる積層支持体を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明では、剛性を有する剛性板と弾性を有する弾性板とが所定の積層方向に交互に積層されて構成され、この積層方向に中空部が形成された積層弾性体と、弾完全塑性体で構成され前記中空部内に注入された塑性流動材と、前記塑性流動材内に充填された硬質充填材と、を有することを特徴とする。
【０００８】
したがって、被支持部材上に積層支持体が設置されると、支持部材の荷重が積層弾性体によって支持される。特に、積層弾性体を、剛性板と弾性板とを交互に積層して構成したので、支持部材を支持するための高い剛性が得られる。
【０００９】
積層弾性体の中空部内には、塑性流動材が注入され、さらに、塑性流動材内には硬質充填材が充填されている。これにより、塑性流動材は、中空部の内面だけでなく、硬質充填材の表面とも接触し、接触面積が広くなっているので、積層弾性体のせん断変形時の減衰特性が向上し、大きな減衰力が得られる。特に、本発明では、塑性流動材を弾完全塑性体で構成しているので、硬質充填材の分散状態が安定し、硬質充填材の沈殿が防止される（好ましくは沈殿しなくなる）。このため、減衰特性を向上させた状態に維持できる。たとえば、硬質充填材の間を塑性流動材が移動（流動）することにより、大きな減衰力を得ることが可能となる。
【００１０】
また、このように硬質材料の沈殿を防止することで、塑性流動材の減衰特性は、塑性流動材と硬質充填材との接触面積や、塑性流動材の流速に依存せず、塑性流動材の降伏応力に依存することになる。したがって、硬質充填材の体積充填率を下げても、所望の減衰特性を維持できる。
【００１１】
しかも、この積層支持体では、鉛等の廃却に高いコストを要する材料を使用していないので、低コストで廃却できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記塑性流動材のせん断降伏応力σｙが、０．１Ｍｐａ≦σｙ≦１０Ｍｐａであることを特徴とする。
【００１３】
塑性流動材のせん断降伏応力σｙを０．１Ｍｐａ以上とすることで、十分な減衰性能を得ることが可能になる。
【００１４】
また、このせん断降伏応力σｙを１０Ｍｐａ以下とすることで、塑性流動材を大きく塑性変形させることが可能になる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記硬質充填材の体積充填率が、２５％〜７４％であることを特徴とする。
【００１６】
硬質充填材の体積充填率を２５％以上とすることで、塑性流動材と硬質充填材との接触面積を広く確保して、大きな減衰力を得ることができる。
【００１７】
また、この体積充填率を７４％以下とすることで、硬質充填材どうしの接触を防止し、減衰性能を高く維持できる。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記硬質充填材が、粒状に形成された粒状体であることを特徴とする。
【００１９】
硬質充填材を粒状体とすることで、塑性流動材中での硬質充填材の分分散状態が良好になるので、減衰性能が安定する。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記粒状体の最大粒径ｄが、０．００２ｍｍ≦ｄ≦２．０ｍｍであることを特徴とする。
【００２１】
粒状体の最大粒径ｄを０．００２ｍｍ≦ｄ≦２．０ｍｍとすることで、高い減衰性能を得ることができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、前記粒状体の最大粒径ｄがさらに、０．０１ｍｍ≦ｄ≦０．６ｍｍであることを特徴とする。
【００２３】
粒状体の最大粒径ｄを０．０１ｍｍ≦ｄ≦０．６ｍｍとすることで、より高い減衰性能を得ることができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明では、請求項４又は請求項５に記載の発明において、前記硬質充填材の形状が略球形であることを特徴とする。
【００２５】
硬質充填材の形状を略球形とすることで、硬質充填材の方向依存性を無くし、任意の方向で安定した減衰性能を発揮することが可能となる。
【００２６】
請求項８に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記硬質充填材が、略環状に形成された複数の環状部材を鎖状に連結して構成されていることを特徴とする。
【００２７】
略環状に形成された複数の環状部材を鎖状に連結して硬質充填材を構成することで、硬質充填材の移動を適度に制限することができ、塑性流動材の移動時の抵抗力を大きくすることが可能になるので、より大きな減衰力を発揮させることができる。
【００２８】
請求項９に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記硬質充填材が、硬質繊維であることを特徴とする。
【００２９】
硬質充填材を硬質繊維としても、所望の減衰力を得ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は上記構成としたので、低コストで廃却等できると共に、大きな減衰力を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１には、本発明の第１実施形態の積層支持体１２が示されている。積層支持体１２は、複数枚の円盤状の金属板１８と、同じく複数枚の円盤状のゴム板２０とを厚み方向に交互に積層した（以下この積層方向を「Ｘ方向」という）積層弾性体１６を備えている。
【００３２】
積層弾性体１６のＸ方向両端面には、フランジ板１４が固定されている。フランジ板１４は、積層弾性体１６よりも側方に張り出すフランジ部１４Ｆを備えており、このフランジ部１４Ｆに形成された図示しないボルト孔にボルトを挿通して、積層支持体１２が、支持部材（たとえば、建物基礎、土台、地盤等）及び被支持部材（たとえば、オフィスビル、病院、集合住宅、美術館、公会堂、学校、庁舎、神社仏閣等）に取り付けられる。取付け状態では、被支持部材が積層支持体１２を介して支持部材に支持される。
【００３３】
積層弾性体１６を構成する金属板１８とゴム板２０とは加硫接着により（あるいは接着剤により）強固に張り合わされており、これらが不用意に分離したり位置ズレしたりしないようになっている。そして、積層支持体１２が水平方向のせん断力を受けると、積層弾性体１６も弾性的にせん断変形する。
【００３４】
したがって、支持部材と被支持部材とが水平方向に相対移動（振動）すると、積層弾性体１６が全体として弾性的にせん断変形し、この振動のエネルギーを吸収する。ここで、上記のように、金属板１８とゴム板２０とを交互に積層したことで、積層方向に荷重が作用しても、積層弾性体１６の圧縮（すなわちゴム板２０の圧縮）が抑制されている。したがって、ゴム板２０十分にせん断変形させてエネルギーを吸収すると共に、復元力を発揮することが可能になっている。
【００３５】
積層弾性体１６はさらに、金属板１８とゴム板２０の外側端面を周囲から被覆する被覆材２２を有している。被覆材２２によって金属板１８及びゴム板２０に外部から雨や光が作用しなくなり、酸素やオゾン、紫外線などによる劣化が防止される。また、被覆材２２は、厚さが一定とされており、その強度にばらつきがでないようにされている。なお、被覆材２２はゴム板２０と同一の材料によって形成することができる。この場合、ゴム板２０と被覆材２２とを別体で形成しておき、後工程で加硫接着等によって一体化させることが可能である。あるいは、被覆材２２とゴム板２０を接着剤等で接着してもよい。
【００３６】
積層弾性体１６の中央部には、積層弾性体１６をＸ方向に貫通する弾性体中空部２８が形成されている。弾性体中空部２８は、円柱状の空間とされている。
弾性体中空部２８には、弾完全塑性体（非硬化弾塑性体）で構成された塑性流動材３０が注入されている。この弾完全塑性体とは、図５に示すように、ある降伏点まではせん断応力とせん断ひずみとが比例するが、この降伏点を超えると、せん断応力が一定になるような挙動を示す材料をいう。
【００３７】
さらに、弾性体中空部２８、すなわち、塑性流動材３０内には、塑性流動材３０に対して剛体とみなせる硬質の材料で構成された球形の球状体３２が、所定の体積充填率となるように複数充填されている。
【００３８】
弾性体中空部２８の端部に閉塞板２４が配置されている。閉塞板２４は、弾性体中空部２８のＸ方向の端部を閉塞できるように、弾性体中空部２８よりも大径の円盤状に形成されている。閉塞板２４をフランジ板１４に固定することで、弾性体中空部２８を密閉することができる。
【００３９】
このような構成とされた第１実施形態の積層支持体１２では、支持部材と被支持部材との水平方向への相対移動（振動）により、図２（Ａ）に示すように積層弾性体１６が弾性的にせん断変形し、この振動のエネルギーを吸収する。このとき、図２（Ｂ）にも示すように、弾性体中空部２８内の塑性流動材３０も流動しつつ全体としてせん断変形し、上記の振動のエネルギーを吸収する。本実施形態では、塑性流動材３０内に球状体３２が充填されているため、塑性流動材３０が弾性体中空部２８の内面だけでなく、球状体３２の表面にも接触し、その接触面積が広くなっている。このため、積層弾性体１６のせん断変形時の減衰特性が向上し、より大きな減衰力を発揮してエネルギー吸収できる。
【００４０】
図３（Ａ）には、本実施形態のような球状体３２（硬質充填材）を充填しない以外は、同一構成とされた比較例の積層弾性体が、塑性流動材３０の部分のみを拡大して示されている。比較例の積層弾性体では、塑性流動材３０弾性体中空部２８の内面だけに接触している。したがって、たとえば図３（Ａ）に示すように変形前の断面において直方体状の領域Ｅ１を想定すると、この領域Ｅ１が図３（Ｂ）に示すように単にせん断変形するだけなので、減衰力に限界がある。一方、本実施形態では、球状体３２（硬質充填材）が移動すると共に、塑性流動材３０も球状体３２（硬質充填材）の間を移動（流動）するので、大きな減衰力が得られる。
【００４１】
特に、本実施形態では、塑性流動材３０を弾完全塑性体（非硬化弾塑性体）で構成しているため、充填された球状体３２（硬質充填材）の分散状態が安定する。すなわち、球状体３２は、不用意に沈殿したり偏在したりすることがなく、塑性流動材３０内で均一に分布する。このため、塑性流動材３０の減衰特性が部分的に変化することもなく、安定した減衰性能を発揮できる。
【００４２】
しかも、本実施形態では、このように所望の減衰力を得るために、従来の鉛プラグのような鉛製の部材を必要としない。このため、低コストでの廃却が可能となる。
【００４３】
なお、本実施形態では、本発明の硬質充填材の例として、球形に形成された球状体３２を挙げたが、要するに、塑性流動材３０内に充填されることで、塑性流動材３０と接触して接触面積を増大させることができれば、特に限定されない。たとえば、図４（Ａ）に示す回転楕円体形状の硬質充填材３６、図４（Ｂ）に示す円柱形状の硬質充填材３８、図４（Ｃ）に示す「Ｌ」字状の硬質充填材４０、図４（Ｄ）に示す「Ｕ」字状の硬質充填材４２等を挙げることができる。また、図４（Ｅ）に示すように、長円状の複数の環状部材４６を鎖状に連結した構造の硬質充填材４４でもよい。なお、鎖状の硬質充填材４４を構成する環状部材４６は、完全に閉じた環状になっている必要はなく、たとえば、一部が開放された「Ｕ］字状のものや、馬蹄形状のもの、渦巻状のもの、螺旋状のもの等であっても、連結状態が不用意に解消されない程度に「略環状」の形状になっていればよい。
【００４４】
なお、硬質充填材を本実施形態のように球形とすると、その方向性が無くなるので、任意の方向で安定した減衰特性を発揮させることができ、好ましい。この場合の「球形」には、完全な球形が含まれるのはもちろんであるが、実質的に方向依存性がない程度であれば、完全な球形でなくてもよい。たとえば、正多面体形状や、図４（Ｆ）に示すような形状（表面が五角形と六角形とで構成されているサッカーボール形状）の硬質充填材４８等であってもよい。正多面体形状の場合には、面数が多くなるほど球形に近づき、方向性が解消されるので好ましい。
【００４５】
また、硬質充填材を粒状体とすれば、塑性流動材３０中での分散状態が良好になり、減衰性能が安定するので好ましい。たとえば、上記した回転楕円体形状、円柱形状、「Ｌ」字状、「Ｕ」字状の硬質充填材はいずれも、塑性流動材３０内で硬質充填材の挙動が各々が独立しているので、粒状体とみなすことができる。
【００４６】
硬質充填材を粒状体とした場合、その最大粒径ｄを、０．００２ｍｍ≦ｄ≦２．０ｍｍとすれば、高い減衰性能を得ることができ、好ましい。さらに、この最大粒径ｄを、０．０１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下とすれば、より高い減衰性能を得ることができ、さらに好ましい。
【００４７】
図６には、硬質充填材として球形のものを使用した構成での、粒径と減衰性能との関係がグラフで示されている。このグラフは、図１（Ａ）に示した積層支持体１２に対し、動的試験機を用いて鉛直方向に基準面圧をかけた状態で水平方向に加振して規定変位のせん断変形を生じさせることにより行った試験の結果に基づいて得られたものである。
【００４８】
この試験の条件に用いた積層支持体１２の構成は、以下の通りである。
・積層弾性体１６の外径：          ２２５ｍｍ
・積層弾性体１６の形状係数
一次形状係数Ｓ１：            ２５
二次形状係数Ｓ２：            ５
・塑性流動材３０の外径：          ４５ｍｍ
・塑性流動材３０内における硬質充填材の充填率：６５％
・塑性流動材３０の直径：          ０．０００１ｍｍ〜０．６ｍｍ
また、試験の条件は、以下の通りである。
・加振変位：      積層弾性体１６の総厚さを１００％として、ひずみ５０％〜２５０％
・加振周波数：    ０．３３Ｈｚ
・垂直面圧：      １０ＭＰａ
【００４９】
図７には、このようにして行った試験における、水平方向の変形変位（δ）と積層支持体１２の水平方向荷重（Ｑ）との関係が示されている。実際の積層支持体１２では、このヒステリシス曲線で囲まれた領域の面積が広くなるほど、振動のエネルギーを多く吸収できる。そして、現実的に減衰性能を評価する指標としては、その簡易さ等から、切片荷重Ｑｄが用いされることが多い。この切片荷重Ｑｄは、変位０における水平荷重値であり、ヒステリシス曲線が縦軸と交差する点での荷重Ｑｄ１、Ｑｄ２を用いて、
Ｑｄ＝（Ｑｄ１＋Ｑｄ２）／２
と計算される。そして、この値が大きくなれば、ヒステリシス曲線で囲まれた領域の面積も広くなる。図６のグラフの縦軸は、このようにして得られた切片荷重Ｑｄをとっている。また、図６のグラフの横軸は、硬質充填材の粒径を対数目盛で示している。
【００５０】
図６から、粒径が０．１ｍｍ程度の場合が最も減衰性能が高く、これよりも粒径が大きくなっても、小さくなっても、減衰性能は漸減していることが分かる。そして、求められる減衰性能に対応する切片荷重Ｑｄをたとえば０．２５（×９．８ｋＮ）以上に設定すると、粒径が０．００２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の場合にこの条件が満たされることが分かる。さらに高い減衰性能を得るべく、たとえば切片荷重Ｑｄを０．６（×９．８ｋＮ）以上に設定すると、粒径が０．０１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の場合にこの条件が満たされることが分かる。
【００５１】
本発明の硬質充填材の材質も、塑性流動材３０に対して剛性とみなせる程度の硬さを有する材料であればよい。たとえば、金属や硬質樹脂等を適用することができるが、これに限定されない。
【００５２】
さらに、本発明の硬質充填材として硬質繊維を使用し、塑性流動材３０に混入してもよい。特に、硬質繊維を均一に混入すると共に、その方向もランダムにすれば、任意の方向で安定した減衰特性を発揮させることができ、好ましい。硬質繊維の例としては、炭素繊維やアラミド繊維等を挙げることができる。
【００５３】
硬質充填材の体積充填率（塑性流動材３０に対する硬質充填材の体積率）としては、２５％以上で７４％以下とすることが好ましい。硬質充填材の体積充填率を２５％以上とすることで、塑性流動材３０と硬質充填材との接触面積を広く確保して、大きな減衰力を得ることができる。
【００５４】
また、この体積充填率を７４％以下とすることで、硬質充填材どうしの接触を防止し、減衰性能を高く維持できる。
【００５５】
本発明の塑性流動材としては、要するに弾完全塑性体（非硬化弾塑性体）で構成されていれば、硬質充填材の分散状態を安定させることができる。特に、塑性流動材のせん断降伏応力σｙは、０．１Ｍｐａ以上で１０Ｍｐａ以下とすることが好ましい。すなわち、０．１Ｍｐａ以上とすることで、十分な減衰性能を得ることが可能になる。１０Ｍｐａ以下とすることで、塑性流動材を大きく塑性変形させることが可能になる
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態の積層支持体を変形前において示す断面図であり、（Ａ）は全体構成図、（Ｂ）は部分拡大図である。
【図２】本発明の一実施形態の積層支持体を変形後において示す断面図であり、（Ａ）は全体構成図、（Ｂ）は部分拡大図である。
【図３】比較例の積層支持体の部分拡大図であり、（Ａ）は変形前、（Ｂ）は変形後である。
【図４】（Ａ）〜（Ｆ）はいずれも、本発明の積層支持体に適用可能な硬質充填材の例を示す斜視図である。
【図５】弾完全塑性体の応力―ひずみ特性を示すグラフである。
【図６】硬質充填材として球形のものを使用した積層支持体での、硬質充填材の粒径と減衰性能との関係を示すグラフである。
【図７】硬質充填材として球形のものを使用した積層支持体での、水平方向の変形変位と水平方向荷重（Ｑ）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１２ 積層支持体
１４ フランジ板
１４Ｆ フランジ部
１６ 積層弾性体
１８ 金属板
２０ ゴム板
２２ 被覆材
２４ 閉塞板
２８ 弾性体中空部
３０ 塑性流動材
３２ 球状体
３６ 硬質充填材
３８ 硬質充填材
４０ 硬質充填材
４２ 硬質充填材
４４ 硬質充填材
４６ 環状部材
４８ 硬質充填材
【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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