(57)【要約】【課題】  せん断変形後においても内部の筒体を所定の形状に維持することが可能な積層支持体を得る。【解決手段】  金属板１８とゴム板２０とで構成される積層弾性体１６の中央の弾性体中空部２８に、金属製の筒体３０が収容される。筒体３０の内部には、複数枚の内部金属板３４と内部ゴム板３６とが交互に積層された内部積層体３２が配置されており、筒体３０のせん断変形時の座屈を防止すると共に、変形状態を安定させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性を有する第１剛性板と弾性を有する第１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、
前記中空部の内面に接触するように配置された金属製の筒体と、
前記筒体の内部に配置され、剛性を有する第２剛性板と弾性を有する第２弾性板とが前
記積層弾性体の積層方向と同方向に積層された内部積層体と、
を有することを特徴とする積層支持体。
【請求項２】
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、
有底筒状に形成されると共に内部に非圧縮性の充填材が充填されて密閉され、前記中空部の内面に接触するように前記中空部に配置された筒状部材と、
を有することを特徴とする積層支持体。
【請求項３】
前記筒状部材が、
前記中空部において前記弾性板に接触するように配置された金属製の筒体と、
前記筒体の内部に充填された非圧縮性の充填材と、
前記筒体の底部を閉塞する閉塞部材と、
を含んで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の積層支持体。
【請求項４】
前記閉塞部材が、前記筒体の底部に直接固定されていることを特徴とする請求項３に記載の積層支持体。
【請求項５】
前記積層弾性体の積層方向端面に取り付けられた端面剛性板と、
前記筒体の底部を前記端面剛性板に接合する接合手段と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の積層支持体。
【請求項６】
前記筒体が超塑性金属で構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５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。例えば、非特許文献１には、内部に金属コアが圧入された積層ゴムが記載されている，
この金属コアとしては、鉛製の円柱形のものが使用されることが多い。これに代えて、
たとえば形状記憶合金（双晶領域）や制振合金（双晶型、強磁性型、転位型）等の金属材料を使用しようとすると、これらは降伏応力が高いため、直ちに代替することはできない。
【０００３】
そこで、これらの金属材料を円筒形にして断面積を小さくすると、降伏力（＝降伏応力×断面積）も小さくなり、金属コアとして使用可能となる。
【０００４】
しかしながら、金属コア（円筒体）は中空の筒状なので、積層支持体の変形（せん断変形）に伴う座屈や、周囲を取り囲んでいる積層ゴムからの分離、さらには、端部のつぶれ等が生じ、所定の形状を維持することが出来ない場合がある。
【非特許文献１】鹿島  都市防災研究会  編著、「都市・建築防災シリーズ４  制震・免震技術」、鹿島出版会、１９９６年１０月５日、ｐ．１０８−１０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、せん断変形後においても内部の筒体を所定の形状に維持することが可能な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】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、剛性を有する第１剛性板と弾性を有する第１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、前記中空部の内面に接触するように配置された金属製の筒体と、前記筒体の内部に配置され、剛性を有する第２剛性板と弾性を有する第２弾性板とが前記積層弾性体の積層方向と同方向に積層された内部積層体と、を有することを特徴とする。
【０００７】
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、第１剛性板と第１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。
【０００８】
また、積層弾性体のせん断変形によって、中空部に配置された金属製の筒体も同様にせん断変形（塑性変形）してエネルギー吸収する。
【０００９】
筒体の内部には、内部積層体が配置されている。内部積層体は、剛性を有する第２剛性板と弾性を有する第２弾性板とが積層弾性体の積層方向と同方向に積層されて構成されており、筒体の変形時に筒体の形状を理想的な変形形状に維持する。すなわち、筒体の内部に単に弾性体のみを充填した場合には、筒体の端部の浮き上がりやつぶれが発生したり、内部弾性体が筒体と積層弾性体の間に回り込んだりする。しかし、本発明では、筒体が中空部の内面に接触した状態が維持され、このような不都合が発生しない。しかも、たとえば筒体内に剛性板のみを積層した構造では、剛性板の間の摩擦によって安定した減衰効果を得ることが難しいが、本発明では、第２剛性板と第２弾性板とを積層することで、摩擦の影響が少なくなっているので、安定した減衰効果が得られる。
【００１０】
請求項２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、有底筒状に形成されると共に内部に非圧縮性の充填材が充填されて密閉され、前記弾性板に接触するように前記中空部に配置された筒状部材と、を有することを特徴とする。
【００１１】
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。
【００１２】
また、積層弾性体のせん断変形によって、中空部に配置された筒状部材も同様にせん断変形（塑性変形）し、ダンパとしてエネルギー吸収する。
【００１３】
筒状部材は有底の筒状に形成され、その内部には、非圧縮性の充填材が充填されて密閉されている。これにより、筒状部材がせん断変形した時にも内部の充填材は圧縮されたり外部に漏出したりせず、筒状部材を積層弾性体に密着するように内部から押圧する。したがって、筒状部材の端部の浮き上がりやつぶれが発生したり、さらには漏れ出た充填材が筒状部材と積層弾性体の間に回り込むといった不都合が発生せず、筒状部材が中空部の内面に接触した状態が維持される。しかも、筒状部材は積層された剛性板が不要なので、剛性板の間の摩擦の影響を受けず、安定した減衰効果が得られる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、前記筒状部材が、前記中空部において前記弾性板に接触するように配置された金属製の筒体と、前記筒体の内部に充填された非圧縮性の充填材と、前記筒体の底部を閉塞する閉塞部材と、を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１５】
このように、筒体の内部に非圧縮性の充填材を充填し、閉塞部材で筒体の底部、すなわち筒体の軸方向の両端部を閉塞するだけの簡単な構造で、筒状部材を構成することができる。
【００１６】
閉塞部材は、請求項４に記載のように、前記筒体の底部に直接固定されているようにすれば、簡単な構成で筒体の底部を閉塞できる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記積層弾性体の積層方向端面に取り付けられた端面剛性板と、前記筒体の底部を前記端面剛性板に接合する接合手段と、を有することを特徴とする。
【００１８】
したがって、この端面積層板が閉塞部材として作用し、筒体の底部を閉塞する。なお、この端面剛性板の例としては、積層弾性体の積層方向端面に固定され積層弾性体よりも側方に張り出す形状のフランジ板が含まれる。また、フランジ板とは別体で構成された剛性を有する（積層弾性体の剛性板よりも厚いことが好ましい）板であってもよい。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記筒体が超塑性金属で構成されていることを特徴とする。
【００２０】
筒体として超塑性金属を使用すると、せん断変形の変形追従性が高くなるので、中空部の内面に接触した状態をより確実に維持できるようになる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は上記構成としたので、せん断変形後においても内部の筒体を所定の形状に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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よって、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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を十分にせん断変形させてエネルギーを吸収すると共に、復元力を発揮ずることが可能になっている。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
弾性体中空部２８には、金属で構成された円筒状の筒体３０が収容されている。筒体３０の外周面は、弾性体中空部２８の内周面に密着している。
【００２９】
筒体３０内には、複数枚の円盤状の内部金属板３４と、おなじく複数枚の円盤状の内部ゴム板３６とが交互に積層された内部積層体３２が収容されている。内部金属板３４及び内部ゴム板３６は同一径とされ、これらの外周面が筒体３０の内周面に接触している。
【００３０】
フランジ板１４の中央には筒体３０よりも大径の開口部１４Ｈが形成され、この開口部１４Ｈが、フランジ板１４に固定された外蓋２４によって閉塞されている。
【００３１】
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１（Ｂ）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、筒体３０も塑性変形するため、ダンパとして機能し、この塑性変形によって上記の振動のエネルギーを吸収する。
【００３２】
筒体３０は円筒状に形成されており、断面積が小さくなっているので、降伏応力が高い金属材料であっても、降伏カ（＝降伏応力×断面積）を所望の値へと低下させる（従来から広く使用されている、いわゆる鉛プラグと同程度とする）ことが可能になる。
【００３３】
また、筒体３０の内部には内部金属板３４と内部ゴム板３６とで構成された内部積層体３２が収容されており、筒体３０の内周面に接触している。これにより、筒体３０のせん断変形時の座屈が防止される。
【００３４】
なお、筒体３０の座屈を防止するためには、図２（Ａ）に示すように、筒体３０内に単にゴム２６等の弾性体が充填された構成でもよい。しかし、この構成では、筒体３０のせん断変形時に、筒体３０の端部３０Ｔの浮き上がりやつぶれ、さらには、筒体３０が積層弾性体１６の内周面から離間して隙間にゴム２６が入り込む、といった不都合が生じることがある。
【００３５】
また、筒体３０の座屈を防止するために、筒体３０の内部に、単に金属板のみを積層する構成も考えられるが、この構成では、金属板どうしの摩擦の影響により、筒体３０を安定して塑性変形させて、所望の減衰効果を得ることが難しい。
【００３６】
これに対し、本実施形態では、筒体３０のせん断変形時に、内部積層体３２の外周面が筒体３０の内周面に密着した状態が維持されるので、筒体３０の外周面も弾性体中空部２８の内周面に密着した状態が維持される。このため、筒体３０の上記した不都合が生じることはなく、筒体３０の変形状態を安定させ、せん断変形後に求められる所定の形状に維持できる。
【００３７】
また、内部積層体３２は内部金属板３４と内部ゴム板３６とを交互に積層して構成しているので、金属板どうしの摩擦が発生しない。このため、筒体３０を安定して塑性変形させ、所望の減衰効果を得ることができる。
【００３８】
なお、内部金属板３４と内部ゴム板３６とは、接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。また、内部金属板３４及び内部ゴム板３６は、それぞれ、積層弾性体１６の金属板１８及びゴム板２０と同一の材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。内部金属板３４と内部ゴム板３６の層数や厚さも、積層弾性体１６と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００３９】
図３には、本発明の第２実施形態の積層支持体４２が示されている、第２実施形態では、積層支持体の基本的構成は第１実施形態と同一とされているので、同一の構成要素、部材等については第１実施形態と同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４０】
第２実施形態の積層支持体４２では、筒体３０の内部に、第１実施形態の内部積層体３２に代えて、非圧縮性の材料で構成された充填材４４が充填されている。
【００４１】
また、筒体３０の端部には閉塞板４６が配置されている。閉塞板４６は、筒体３０の底部を閉塞可能な円盤状に形成され、その外周部に雄ねじ４８Ｍが形成されている、また、筒体３０の長手方向端部近傍の内周面には、雄ねじ４８Ｍが螺合される雌ねじ４８Ｆが形成されている。雄ねじ４８Ｍを雌ねじ４８Ｆに螺合させて、閉塞板４６を筒体３０の端部に固定することで、筒体３０内を密閉することができる。そして、筒体３０、充填材４４及び閉塞板４６によって、本発明に係る筒状部材が構成されている。
【００４２】
したがって、第２実施形態の積層支持体４２では、第１実施形態の積層支持体１２と同様に、支持部材と被支持部材との水平方向への相対移動（振動）のエネルギーを、図３（Ｂ）に示すように、積層弾性体１６の弾性的なせん断変形で吸収できる。また、筒体３０の塑性変形により、この振動のエネルギーを吸収できる。円筒状の筒体３０は、第１実施形態と同様に、降伏応力が高い金属材料であっても、降伏力を所望の値へと低下させることが可能になる。
【００４３】
また、筒体３０の内部には非圧縮性の充填材４４が充填されており、筒体３０のせん断変形時の座屈が防止される。
【００４４】
さらに閉塞板４６によって筒体３０内が密閉されることで、筒体３０の内容積が一定に維持されている。したがって、筒体３０がせん断変形した状態で、非圧縮性の充填材４４によって筒体３０が内側から押圧された状態となるため、弾性体中空部２８の内周面に密着された状態が維持される。このため、筒体３０の変形状態を安定させ、せん断変形後に求められる所定の形状に維持できる。
【００４５】
なお、第２実施形態において、閉塞板４６を構成する材料は、筒体３０と同一であってもよいが、異なっていてもよい。
【００４６】
また、筒体３０内に充填材４４を充填した状態で密閉する構成は、上記したものに限られない。たとえば、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す変形例のように、筒体３０が長手方向に分割され、且つ長手方向の一端があらかじめ閉塞板４６で閉塞された分割筒体３０Ｐを用いてもよい。この構成では、分割筒体３０Ｐで充填材４４を挟み込むようにして内部に収容させ、閉塞板４６で閉塞されていない端部を互いに融着等により固着すればよい。また、この構成では、分割筒体３０Ｐと充填材４４とで、本発明に係る筒状部材が構成される。
【００４７】
さらに、図３に示す筒体３０と閉塞板４６とがあらかじめ一体とされた部材（有底の筒状体）を用意すると共に、この部材に、充填材を充填するための孔を形成しておき、この孔を通して充填材を充填した後、孔を塞いで筒状部材を構成してもよい。
【００４８】
図５には、本発明の第３実施形態の積層支持体６２が示されている。第３実施形態では、積層支持体の基本的構成は第２実施形態と同一とされているので、同一の構成要素、部材等については第１実施形態又は第２実施形態と同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４９】
第３実施形態の積層支持体６２では、筒体３０の内部に非圧縮性の材料で構成された充填材４４が充填されている点は、第２実施形態と同様であるが、筒体３０の長手方向両端から、外側に向かう環状の取り付け板部３０Ｆが延出されている。
【００５０】
取り付け板部３０Ｆは、フランジ板１４と外蓋２４の間に位置しており、外蓋２４によって筒体３０内が密閉された状態で、ボルト６４によってフランジ板１４が接合されている。外蓋２４が、本発明の端面剛性板となっている。
【００５１】
したがって、第３実施形態の積層支持体６２においても、第２実施形態の積層支持体４２と同様に、支持部材と被支持部材との水平方向への相対移動（振動）のエネルギーを、図５（Ｂ）に示すように積層弾性体１６の弾性的なせん断変形で吸収できる。また、筒体３０の塑性変形により、この振動のエネルギーを吸収できる。円筒状の筒体３０は、第１実施形態と同様に、降伏応力が高い金属材料であっても、降伏力を所望の値へと低下させることが可能になる。
【００５２】
また、筒体３０の内部には非圧縮性の充填材４４が充填されており、筒体３０のせん断変形時の座屈が防止される。加えて、外蓋２４によって筒体３０内が密閉されることで、筒体３０の内容積が一定に維持されるので、筒体３０がせん断変形した状態で、弾性体中空部２８の内周面に密着された状態が維持される。筒体３０の変形状態を安定させ、せん断変形後に求められる所定の形状に維持できる。
【００５３】
しかも、第３実施形態では、第２実施形態と比較して、筒体３０の長手方向両端が、フランジ板１４を介して、積層弾性体１６に一体化されていることになる。これにより、筒体３０の変形状態をさらに安定させることができ、たとえば、筒体３０が弾性体中空部２８の内周から離間するといった不都合をさらに効果的に防止できる。
【００５４】
第３実施形態において、図６に示す変形例の構成を適用してもよい。この構成では、外蓋２４に、筒体３０の内部に入り込む小径の接合部２４Ｆが形成されている。接合部２４Ｆの外周には雄ねじ６６Ｍが形成されており、筒体３０の内周面に形成された雌ねじ４８Ｆに螺合させて、外蓋２４により筒体３０内を密閉することができる。
【００５５】
また、第３実施形態において、図７に示す変形例の構成としてもよい。この構成では、フランジ板１４と別体で、金属板１８よりも厚い剛性板７０が、フランジ板１４に形成された凹部１４Ｄに収容されると共に、ボルト７２によって取り付け板部３０Ｆに取り付けられている。したがって、この剛性板７０が、本発明に係る端面剛性板となる。
【００５６】
なお、第２実施形態及び第３実施形態の充填材４４としては、非圧縮性の材料で、且つ筒体３０のせん断変形に追従するものであればよい。たとえば、ゴムでもよいし、樹脂等の低弾性材料でもよい。
【００５７】
上記各実施形態では、筒体３０を金属製としているが、特に、超塑性を示す金属材料（超塑性金属）であることが好ましい。すなわち、せん断変形時に超塑性を示すことで、変形追従性が高くなるので、筒体３０が弾性体中空部２８の内周面に密着した状態をより確実に維持できる。このような超塑性金属としては、主成分の金属材料として、Ｚｎ系、Ａｌ系、Ｔｉ系を代表的な例として挙げることができる。さらに具体的には、Ｚｎ−Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｎ等を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態の積層支持体を示す断面図であり、（Ａ）は変形前、（Ｂ）は変形後である。
【図２】比較のために示す積層支持体の断面図であり、（Ａ）は変形前、（Ｂ）は変形後である。
【図３】本発明の第２実施形態の積層支持体を示す断面図であり、（Ａ）は変形前、（Ｂ）は変形後である。
【図４】（Ａ）は本発明の第２実施形態の変形例の積層支持体を変形前の状態で示す断面図であり、（Ｂ）はこの積層支持体の内部を取り出した状態で示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の積層支持体を示す断面図であり、（Ａ）は変形前、（Ｂ）は変形後である。
【図６】本発明の第３実施形態の変形例の積層支持体を変形前の状態で示す断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態の変形例の積層支持体を変形前の状態で示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１２    積層支持体
１４    フランジ板
１４Ｆ    フランジ部
１４Ｈ    開口部
１４Ｆ    板部
１６    積層弾性体
１８    金属板（剛性板、第１剛性板）
２０    ゴム板（弾性板、第１弾性板）
２２    被覆材
２４    外蓋
２４Ｆ    接合部
２８    弾性体中空部
３０    筒体
３０Ｐ    分割筒体
３０Ｆ    取り付け板部
３２    内部積層体
３４    内部金属板（第２剛性板）
３６    内部ゴム板（第２弾性板）
４２    積層支持体
４４    充填材
４６    閉塞板
６２    積層支持体
６４    ボルト（接合手段）
７０    剛性板
【図１】
2006348981.tif 000003
【図２】
2006348981.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006348981.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006348981.tif 000008
【図７】
2006348981.tif 000009