(57)【要約】【課題】構成が単純で安価であるとともに、鉛直荷重に対する安定した支持機能を保持しながら、水平剛性の低剛性化によって設置対象の長周期化を実現することができる積層ゴム支承を提供する。【解決手段】本発明は、設置対象の上部構造と下部構造の間に設けられる積層ゴム支承１であり、複数のゴム層９及び複数の剛性層１０が上下方向に交互に積層されるとともに、上方及び下方にそれぞれ開放する上下の開口５ａ、５ｂを有する筒状の積層体５と、積層体５の上下の開口５ａ、５ｂをそれぞれ密閉し、積層体５の内部に液密の流体室８を画成するとともに、上部構造及び下部構造にそれぞれ連結された上密閉板６及び下密閉板７と、流体室８に満たされ、封入された所定の低粘度流体Ｆと、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設置対象の上部構造と下部構造の間に設けられる積層ゴム支承であって、
複数のゴム層及び複数の剛性層が上下方向に交互に積層されるとともに、上方及び下方にそれぞれ開放する上下の開口を有する筒状の積層体と、
前記積層体の前記上下の開口をそれぞれ密閉し、前記積層体の内部に液密の流体室を画成するとともに、前記上部構造及び前記下部構造にそれぞれ連結された上密閉板及び下密閉板と、
前記流体室に満たされ、封入された所定の低粘度流体と、
を備えることを特徴とする積層ゴム支承。
【請求項２】
前記低粘度流体は、前記積層体のゴム層と同等のポアソン比を有することを特徴とする、請求項１に記載の積層ゴム支承。
【請求項３】
前記流体室内に配置され、前記上密閉板と前記下密閉板との間の水平方向の相対変位量である水平変形量が所定量に達したときに作動し、前記水平変形量のさらなる増大を抑制するための変形抑制機構をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の積層ゴム支承。
【請求項４】
前記変形抑制機構は、
前記下密閉板の前記積層体に隣接する位置に設けられ、上方に突出する環状の当接部と、
上端部が前記上密閉板に連結され、前記流体室内を下方に延びるとともに、前記水平変形量が前記所定量に達したときに、前記下密閉板の前記当接部に当接するストッパと、を有することを特徴とする、請求項３に記載の積層ゴム支承。
【請求項５】
前記ストッパは、前記下密閉板の前記当接部との当接によって塑性変形可能な所定の金属材料で構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の積層ゴム支承。
【請求項６】
前記変形抑制機構は、前記下密閉板の前記当接部に載置され、所定の締付け状態で取り付けられた環状の摩擦板をさらに有し、
当該摩擦板は、前記水平変形量が前記所定量よりも小さい第２所定量に達したときに、当接する前記ストッパで押圧されることによって、前記当接部に対して所定範囲内で摺動するように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の積層ゴム支承。
【請求項７】
前記ストッパは、上下方向に伸縮可能な弾性体と、下端面に配置された滑り材を有し、
前記下密閉板の前記当接部は、径方向外方に向かって斜め上がりに傾斜し、前記水平変形量が前記所定量に達したときに前記ストッパの前記滑り材が当接する傾斜面を有することを特徴とする、請求項４に記載の積層ゴム支承。
【請求項８】
前記変形抑制機構は、前記流体室内に配置された流体ダンパを有し、
当該流体ダンパは、
前記上密閉板及び前記下密閉板の一方に連結されたシリンダと、
前記上密閉板及び前記下密閉板の他方に連結され、前記シリンダ内に摺動自在に設けられ、前記シリンダ内を第１流体室と第２流体室に区画するとともに、前記水平変形量が前記所定量未満のときに中立位置を含む所定の内側区間内に位置し、前記水平変形量が前記所定量以上のときに前記内側区間外に位置するピストンと、
前記第１及び第２流体室に充填された作動流体と、
前記ピストンが前記内側区間内に位置しているときに、前記ピストンをバイパスするように前記第１及び第２流体室を互いに連通させる連通路と、を有することを特徴とする、請求項３に記載の積層ゴム支承。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物などの構造物に免震装置などとして設けられる積層ゴム支承に関し、特に水平剛性の低減を図るようにした積層ゴム支承に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層ゴム支承は、複数のゴム板と複数の鋼板を交互に積層した積層ゴムにより、鉛直荷重に対する高い支持機能を得るとともに、水平剛性が低いことで水平荷重に対して柔軟に変形し、建物を長周期化することによって、免震機能を発揮するものである。また、積層ゴム支承は、建物の屋上などに設置されるＴＭＤ(Tuned Mass Damper) 機構にも利用され、その場合、ＴＭＤ機構を長周期化し、ＴＭＤ機構を含む付加振動系の固有振動数を建物の固有振動数と同調させることによって、ＴＭＤ機構の制振機能を発揮させる。
【０００３】
一方、巨大地震による超高層建物の長周期振動を想定し、建物やＴＭＤ機構をさらに長周期化することが求められている。これに対し、現状の積層ゴム支承は、積層ゴムとしてせん断弾性係数が最も低いＧ３積層ゴムを用いた場合でも、あるいはＴＭＤ機構に利用する際にゴムの総厚を大きくした２段重ねで構成した場合でも、ある程度以上の水平剛性を有するため、積層ゴム支承だけでは、建物などを十分に長周期化させるのに限界がある。また、上記の積層ゴムを２段重ねで構成した場合には、鉛直荷重に対して座屈が生じやすくなる。このため、積層ゴム支承に加えて、摩擦係数が非常に小さい低摩擦滑り支承や転がり支承を併用することが、従来行われており、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
この特許文献１は、建物用の免震装置に関するものである。この免震装置では、建物の上部構造と下部構造の間に、通常の構成の積層ゴム支承と以下の構成の滑り支承が併用されている。滑り支承は、積層ゴム支承と同じ高さを有しており、建物の上部構造及び下部構造に固定された上部材及び下部材と、下部材に固定された滑り板と、上部材と下部材の間に配置され、鉛直剛性及び水平剛性をそれぞれ調整するための鉛直剛性調整部及び水平剛性調整部と、水平剛性調整部の下端部に固定され、滑り板に接する滑り材などで構成されている。鉛直剛性調整部及び水平剛性調整部は、それぞれ積層ゴム支承と同様の構成の積層ゴムを有する。また、鉛直剛性調整部には、自身の積層ゴムの移動を制限するためのせん断ピンが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−９０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の免震装置は、積層ゴム支承と滑り支承を併用するものであり、滑り支承は、上述したような非常に多くの構成部品を有しており、積層ゴム支承と比較して、構成が複雑であるとともに高価である。このことは、既存の低摩擦滑り支承や転がり支承にも一般的にあてはまる。また、低摩擦滑り支承や転がり支承は、その摩擦力（摩擦係数×支持荷重）を水平荷重が超えるまでは作動せず、免震効果やＴＭＤ機構に適用した場合における同調効果を発揮しないため、入力の小さい中小地震に対して有効に用いることができない。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、構成が単純で安価であるとともに、鉛直荷重に対する安定した支持機能を保持しながら、水平剛性の低剛性化によって設置対象の長周期化を実現することができる積層ゴム支承を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、設置対象の上部構造と下部構造の間に設けられる積層ゴム支承であって、複数のゴム層及び複数の剛性層が上下方向に交互に積層されるとともに、上方及び下方にそれぞれ開放する上下の開口を有する筒状の積層体と、積層体の上下の開口をそれぞれ密閉し、積層体の内部に液密の流体室を画成するとともに、上部構造及び下部構造にそれぞれ連結された上密閉板及び下密閉板と、流体室に満たされ、封入された所定の低粘度流体と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の積層ゴム支承は、設置対象の上部構造と下部構造の間に設けられるものであり、複数のゴム層及び複数の剛性層を上下方向に交互に積層した筒状の積層体を備える。また、積層体の上下の開口をそれぞれ密閉し、積層体の内部に液密の流体室を画成する上密閉板及び下密閉板を備え、これらの上密閉板及び下密閉板は、設置対象の上部構造及び下部構造にそれぞれ連結されている。さらに、流体室には、所定の低粘度流体が満たされ、封入されている。
【００１０】
以上の構成の積層ゴム支承によれば、上密閉板及び下密閉板によって画成された積層体の内部の流体室に、低粘度流体が満たされ、封入されているので、鉛直荷重（軸力）が作用したときに、低粘度流体は、積層体及び上下の密閉板で拘束されることによって、これらと一体に挙動する。これにより、積層ゴム支承全体として、高い鉛直剛性が保持され、鉛直荷重に対して高い支持機能を発揮することができる。
【００１１】
また、積層体が筒状であるため、積層体と流体室を合わせた積層ゴム支承全体の断面積（水平断面積）に占める流体室の断面積の割合が比較的高いことと、流体室に封入された低粘度流体の粘度が低いことから、積層ゴム支承の水平剛性の低剛性化が実現される。その結果、地震時などに積層ゴム支承に水平荷重が作用したときに、積層ゴム支承が水平方向に柔らかく大きく変形することで、建物などの設置対象の長周期化が実現され、より高い免震機能などを得ることができる。
【００１２】
また、上記のように水平剛性の低剛性化が実現される結果、積層ゴム支承の水平方向の長さに対する鉛直方向の相対的な長さを小さくすることが可能であり、それにより、水平変形量が大きい場合でも、鉛直荷重に対して座屈を生じることなく、設置対象を安全に支持することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の積層ゴム支承において、低粘度流体は、積層体のゴム層と同等のポアソン比を有することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、低粘度流体が積層体のゴム層と同等のポアソン比を有するので、積層ゴム支承に鉛直荷重又は水平荷重が作用したときの、積層体と低粘度流体との変形特性の差が小さくなる。これにより、この変形特性の差に起因する内部応力の発生などが抑制され、積層体と低粘度流体との一体性が高められることによって、前述した高い鉛直剛性と低い水平剛性をより良好に得ることができ、したがって、高鉛直剛性による鉛直荷重の支持機能と、低水平剛性による設置対象の長周期化をさらに良好に実現することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の積層ゴム支承において、流体室内に配置され、上密閉板と下密閉板との間の水平方向の相対変位量である水平変形量が所定量に達したときに作動し、水平変形量のさらなる増大を抑制するための変形抑制機構をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、流体室内に変形抑制機構が配置されている。上密閉板と下密閉板との間の水平方向の相対変位量である水平変形量が所定量に達するまでは、この変形抑制機構が作動しないことで、積層ゴム支承の低水平剛性が保持され、請求項１又は２と同様、設置対象の長周期化などの効果を得ることができる。一方、水平変形量が所定量に達すると、変形抑制機構が作動することによって、水平変形量のさらなる増大が抑制される。これにより、積層ゴム支承の過大な水平変形を防止し、過大な水平変形による悪影響、例えば鉛直荷重に対する座屈を回避することができる。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の積層ゴム支承において、変形抑制機構は、下密閉板の積層体に隣接する位置に設けられ、上方に突出する環状の当接部と、上端部が上密閉板に連結され、流体室内を下方に延びるとともに、水平変形量が所定量に達したときに、下密閉板の当接部に当接するストッパと、を有することを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、変形抑制機構は、下密閉板に設けられた環状の当接部と、上端部が上密閉板に連結され、流体室内を下方に延びるストッパを有しており、水平変形量が所定量に達したときにストッパが当接部に当接する。これにより、ストッパによるストップ機能によって、水平変形量のさらなる増大が抑制され、積層ゴム支承の過大な水平変形を防止することができる。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の積層ゴム支承において、ストッパは、下密閉板の当接部との当接によって塑性変形可能な所定の金属材料で構成されていることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、ストッパは、所定の金属材料で構成されており、下密閉板の当接部に当接することによって塑性変形する。このストッパの塑性化によりエネルギが吸収されることによって、水平変形量をさらに抑制することができる。また、ストッパが流体室内の低粘度流体に常時、浸されているので、塑性化によるエネルギの吸収に伴って温度上昇するストッパを、低粘度流体で冷却することができる。これにより、振動エネルギが繰り返し作用した場合の、エネルギ吸収に伴うストッパの温度上昇による減衰性能の低下を、低粘度流体を利用しながら良好に抑制することができる。
【００２１】
請求項６に係る発明は、請求項４に記載の積層ゴム支承において、変形抑制機構は、下密閉板の当接部に載置され、所定の締付け状態で取り付けられた環状の摩擦板をさらに有し、摩擦板は、水平変形量が所定量よりも小さい第２所定量に達したときに、当接するストッパで押圧されることによって、当接部に対して所定範囲内で摺動するように構成されていることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、変形抑制機構は、環状の摩擦板をさらに有し、この摩擦板は、下密閉板の当接部に載置され、所定の締付け状態で取り付けられている。そして、水平変形量が所定量よりも小さい第２所定量に達したときに、ストッパが摩擦板に当接し、摩擦板を押圧することによって、摩擦板が当接部に対して所定範囲内で摺動する。これにより、摩擦板と当接部の間に摩擦力（摩擦抵抗）が発生し、この摩擦力によりエネルギが吸収されることによって、水平変形量をさらに抑制することができる。また、この摩擦力によるエネルギの吸収に伴って温度上昇するストッパを低粘度流体で冷却でき、したがって、振動エネルギが繰り返し作用した場合のストッパの温度上昇による摩擦力の低下を、低粘度流体を利用しながら良好に抑制することができる。
【００２３】
請求項７に係る発明は、請求項４に記載の積層ゴム支承において、ストッパは、上下方向に伸縮可能な弾性体と、下端面に配置された滑り材を有し、下密閉板の当接部は、径方向外方に向かって斜め上がりに傾斜し、水平変形量が所定量に達したときにストッパの滑り材が当接する傾斜面を有することを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、水平変形量が所定量に達したときに、ストッパの下端面に配置された滑り材が下密閉板の当接部の傾斜面に当接するとともに、水平変形量が増加するにつれて、滑り材は、圧縮された弾性体の反力を受けながら、傾斜面を斜め上がりに摺動する。これにより、滑り材と傾斜面の間に摩擦力が発生し、この摩擦力によりエネルギが吸収されることによって、水平変形量を抑制することができる。また、この摩擦力によるエネルギの吸収に伴って温度上昇するストッパを低粘度流体で冷却でき、したがって、振動エネルギが繰り返し作用した場合のストッパの温度上昇による摩擦力の低下を、低粘度流体を利用しながら良好に抑制することができる。
【００２５】
請求項８に係る発明は、請求項３に記載の積層ゴム支承において、変形抑制機構は、流体室内に配置された流体ダンパを有し、流体ダンパは、上密閉板及び下密閉板の一方に連結されたシリンダと、上密閉板及び下密閉板の他方に連結され、シリンダ内に摺動自在に設けられ、シリンダ内を第１流体室と第２流体室に区画するとともに、水平変形量が所定量未満のときに中立位置を含む所定の内側区間内に位置し、水平変形量が所定量以上のときに内側区間外に位置するピストンと、第１及び第２流体室に充填された作動流体と、ピストンが内側区間内に位置しているときに、ピストンをバイパスするように第１及び第２流体室を互いに連通させる連通路と、を有することを特徴とする。
【００２６】
この構成では、変形抑制機構は、流体室内に配置された流体ダンパを有し、流体ダンパは、上述したようなシリンダ、ピストン、作動流体及び連通路を有する。この流体ダンパによれば、積層ゴム支承が水平方向に変形すると、シリンダ及びピストンが連結された上密閉板及び下密閉板の連結部間の距離が変化することによって、ピストンがシリンダに対して中立位置から摺動し、ピストンの両側に区画された第１及び第２流体室の一方に充填された作動流体を圧縮する。
【００２７】
この水平変形量が所定量未満のときには、ピストンが所定の内側区間内に位置することで、第１及び第２流体室が連通路によって互いに連通し、作動流体が連通路を介して第１及び第２流体室の一方から他方に流れ、圧力が逃がされる。その結果、この状態では、作動流体の流れによる小さな粘性抵抗が発生するだけであるので、積層ゴム支承の低水平剛性が保持される。
【００２８】
一方、水平変形量が所定量以上になると、ピストンが内側区間外に位置することで、連通路を介した作動流体の流れが阻止され、作動流体が第１及び第２流体室の一方に閉じ込められる。これにより、その一方の流体室内の圧力が急激に上昇し、ピストンの移動が阻止されることによって、水平変形量のさらなる増大が抑制され、積層ゴム支承の過大な水平変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態による積層ゴム支承を一部、切り欠いた状態で示す斜視図である。
【図２】第１実施形態による積層ゴム支承の断面図である。
【図３】図２の積層ゴム支承の復元力特性（水平変形量と水平抵抗力との関係）を示す図である。
【図４】第２実施形態による積層ゴム支承の断面図である。
【図５】図４の積層ゴム支承の動作を説明するための図である。
【図６】図４の積層ゴム支承の復元力特性を示す図である。
【図７】第２実施形態の第１変形例による積層ゴム支承の断面図である。
【図８】図７の積層ゴム支承に用いられる摩擦リングの平面図である。
【図９】図７の積層ゴム支承の動作を説明するための図である。
【図１０】図７の積層ゴム支承の復元力特性を示す図である。
【図１１】図８と異なる摩擦リングの平面図である。
【図１２】図１１の摩擦リングを用いた場合の、図７の積層ゴム支承の復元力特性を示す図である。
【図１３】第２実施形態の第２変形例による積層ゴム支承の断面図である。
【図１４】第３実施形態による積層ゴム支承の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図１に示す、本発明の第１実施形態による積層ゴム支承１は、例えば、高層の建物の上部構造と地盤などの下部構造（いずれも図示せず）との間に、免震装置として設置されるものである。
【００３１】
図１に示すように、積層ゴム支承１は、円柱状の積層体ユニット２と、積層体ユニット２の上下に固定された、建物への取付け用の矩形状の上下のフランジ鋼板３、３で構成され、積層体ユニット２の表面は、保護用の被覆ゴム４で被覆されている。なお、図示の便宜上、図１では、細部の構成要素の符号が省略され、後述する断面図では、被覆ゴム４と細部の構成要素のハッチングが省略されている。
【００３２】
図２に示すように、積層体ユニット２は、円筒状の積層体５と、積層体５の上下をそれぞれ密閉する上密閉板６及び下密閉板７と、積層体５内の流体室８に封入された低粘度流体Ｆなどを備えている。
【００３３】
積層体５は、通常の積層ゴム支承と同様、複数の天然ゴム層９と複数の中間鋼板１０を上下方向に交互に積層したものである。また、積層体５は、上方及び下方にそれぞれ開放する上下の開口５ａ、５ｂを有し、全体として上下方向に短い短筒状に形成されている。積層体５の上下面にはそれぞれ、比較的厚い環状の連結鋼板１１が固定されている。
【００３４】
上下の密閉板６、７はそれぞれ、鋼板で構成され、連結鋼板１１と同じ厚さと、連結鋼板１１の内径とほぼ等しい外径を有する。上密閉板６は、上側の連結鋼板１１にシール材１２を介してはめ込まれ、上密閉板６と積層体５及び連結鋼板１１との境界部には、密閉リング１３が取り付けられており、それにより、積層体５の上側の開口５ａが上密閉板６によって密閉されている。
【００３５】
同様に、下密閉板７は、下側の連結鋼板１１にシール材１２を介してはめ込まれ、下密閉板７と積層体５及び連結鋼板１１との境界部には、密閉リング１３が取り付けられており、それにより、積層体５の下側の開口５ｂが下密閉板７によって密閉されている。以上の構成により、上密閉板６及び下密閉板７によって、積層体５の内部に液密の流体室８が画成されている。
【００３６】
低粘度流体Ｆは、流体室８に満たされた状態で封入されている。低粘度流体Ｆは、可能な限り粘度が低く、かつ積層体５の天然ゴム層９を構成するゴムと同等のポアソン比（例えば０．４９）を有することが好ましく、例えば水で構成されている。
【００３７】
また、上下のフランジ鋼板３、３は、積層体ユニット２の連結鋼板１１の部分に複数のボルト１４で固定されている。以上の構成の積層ゴム支承１は、各フランジ鋼板３のボルト孔３ａに通されたボルト（図示せず）によって、建物の上部構造及び下部構造に固定され、両者間に設置される。
【００３８】
以上の構成の積層ゴム支承１によれば、上密閉板６及び下密閉板７によって画成された積層体５内の流体室８に、低粘度流体Ｆが満たされ、封入されているので、鉛直荷重（軸力）が作用したときに、低粘度流体Ｆは、積層体５及び上下の密閉板６、７で拘束されることによって、これらと一体に挙動する。また、低粘度流体Ｆが積層体５のゴム層と同等のポアソン比を有するので、積層ゴム支承１に鉛直荷重が作用したときの、積層体５と低粘度流体Ｆとの変形特性の差が小さくなる。これにより、この変形特性の差に起因する内部応力の発生などが抑制され、積層体５と低粘度流体Ｆとの一体性が高められる。以上により、積層ゴム支承１全体として、高い鉛直剛性が保持され、鉛直荷重に対して高い支持機能を発揮することができる。
【００３９】
また、積層体５が筒状であるため、積層体５と流体室８を合わせた積層体ユニット２全体の断面積（水平断面積）に占める流体室８の断面積の割合が比較的高いことと、流体室８に封入された低粘度流体Ｆの粘度が非常に低いことから、積層ゴム支承１の水平剛性の低剛性化が実現される。その結果、例えば図３に示すように、地震時などに積層ゴム支承１に水平荷重が作用したときに、水平抵抗力ＦＨが小さい状態で、大きな水平変形量（上密閉板６と下密閉板７との間の水平方向の相対変位）ＤＨが得られ、積層ゴム支承１が水平方向に柔らかく大きく変形する。これにより、建物の長周期化が実現され、より高い免震機能を発揮することができる。
【００４０】
また、上記のように水平剛性の低剛性化が実現される結果、積層体ユニット２を短筒状に形成し、積層ゴム支承１の水平方向の長さに対する鉛直方向の相対的な長さを小さくすることが可能になり、それにより、水平変形量ＤＨが大きい場合でも、鉛直荷重に対して座屈を生じることなく、建物を安全に支持することができる。
【００４１】
次に、図４〜図６を参照しながら、本発明の第２実施形態による積層ゴム支承２１について説明する。図２との比較から明らかなように、この積層ゴム支承２１は、第１実施形態の積層ゴム支承１に対し、その過大な変形を抑制するための変形抑制機構として、ストッパ兼エネルギ吸収機構２２を付加したものである。以下、第１実施形態と共通の積層ゴム支承２１の構成要素に対して、図４に同じ符号を付するとともに、ストッパ兼エネルギ吸収機構２２の構成を中心として説明を行うものとする。
【００４２】
このストッパ兼エネルギ吸収機構２２は、ストッパ２３を備えており、その両端部には連結鋼板２４及び当接鋼板２５がそれぞれ一体に設けられている。ストッパ２３は、塑性変形が可能な所定の金属材料、例えば、積層ゴム支承の金属プラグとして通常、用いられる鉛や錫で構成されており、太い棒状に形成されている。
【００４３】
連結鋼板２４及び当接鋼板２５はそれぞれ、ストッパ２３よりも大径の比較的厚い円板で構成されている。連結鋼板２４は、上密閉板６の下面の中心に形成された凹部６ａにシール材２６を介してはめ込まれ、ボルト２７によって上密閉板６に固定されており、それにより、ストッパ２３は、上端部が連結鋼板２４を介して上密閉板６に連結され、流体室８内を下方に延びている。
【００４４】
一方、下密閉板７の上面には、そのほぼ全体にわたって円形の凹部７ａが同心状に形成されており、この凹部７ａに当接鋼板２５が部分的に入り込んでいる。また、凹部７ａが形成されていない下密閉板７の残りの部分が、上方に突出する環状の当接部７ｂになっており、図４に示す中立位置において、当接鋼板２５の外周面と当接部７ｂの内周面との間に、所定量Ｇの大きさの間隙が形成されている。
【００４５】
次に、図５及び図６を参照しながら、上記構成の積層ゴム支承２１の動作を説明する。まず、積層ゴム支承２１に水平荷重が例えば図５の右方向に作用すると、積層体ユニット２は、図５（ａ）に示す中立位置（水平変形量ＤＨ＝０）から同方向に変形する。水平変形量ＤＨが間隙の大きさである所定量Ｇに達するまでは、ストッパ２３が流体室８内の低粘度流体Ｆ中を移動するだけであり、それによる粘性抵抗は非常に小さい。したがって、前述した第１実施形態の積層ゴム支承１とほぼ同様の低い水平剛性が得られ（図６の点ａ〜点ｂ）、建物の長周期化が実現されることで、高い免震機能を発揮することができる。
【００４６】
水平変形量ＤＨが所定量Ｇに達すると、当接鋼板２５が当接部７ｂに当接する（図５（ｂ））ことにより、当接鋼板２５の移動が阻止され、そのストップ機能によって水平変形量ＤＨが抑制される（図６の点ｂ〜点ｃ）。水平変形量ＤＨがさらに増加すると、鉛や錫から成るストッパ２３が塑性変形し（図５（ｃ）、図６の点ｃ〜ｄ）、このストッパ２３の塑性化によりエネルギが吸収されることによって、水平変形量ＤＨがさらに抑制される。以上のように、ストッパ２３のストップ機能と塑性化によるエネルギ吸収機能により、水平変形量ＤＨが２段階で抑制されることによって、積層ゴム支承２１の過大な水平変形を防止することができる。
【００４７】
その後、水平荷重が減少すると、それに応じて水平抵抗力ＦＨが減少するとともに、水平変形量ＤＨが減少する。水平変形量ＤＨの減少に伴って当接鋼板２５が当接部７ｂから離れた後には、水平変形量ＤＨは、増加時と同じ経路を逆にたどって減少し、中立位置に復帰する（図５（ｄ）、図６の点ｅ）。この状態では、塑性化したストッパ２３に残留変形が生じるのに対し、ストッパ２３と間隙を隔てた積層体５には、ストッパ２３の影響が及ばないことで残留変形が生じないという利点が得られる。
【００４８】
また、本実施形態の積層ゴム支承２１では、ストッパ２３が流体室８内の低粘度流体Ｆに常時、浸されていることで、塑性化によるエネルギの吸収に伴って温度上昇するストッパ２３が低粘度流体Ｆで冷却される。これにより、振動エネルギが繰り返し作用した場合の、エネルギ吸収に伴うストッパ２３の温度上昇による減衰性能の低下を、低粘度流体Ｆを利用しながら良好に抑制することができる。
【００４９】
なお、積層ゴム支承２１では、水平変形時、ストッパ２３が低粘度流体Ｆ中を移動することによって、速度依存の粘性減衰効果が発生するが、上述したように、この粘性減衰効果は非常に小さいと考えられるため、図６では省略されている。このことは、後述する他の実施形態などの復元力特性を示した同種の図においても同様である。
【００５０】
次に、図７〜図１０を参照しながら、第２実施形態の第１変形例による積層ゴム支承３１について説明する。この積層ゴム支承３１は、第２実施形態の積層ゴム支承２１と比較し、ストッパ兼エネルギ吸収機構３２の構成が異なるものである。以下、第２実施形態と共通の積層ゴム支承３１の構成要素に対して、図７に同じ符号を付するとともに、ストッパ兼エネルギ吸収機構３２の構成を中心として説明を行うものとする。
【００５１】
このストッパ兼エネルギ吸収機構３２は、ストッパ３３を備えており、その一端部には連結鋼板３４が一体に設けられている。第２実施形態のストッパ２３が鉛や錫などの金属材料で構成されるのに対し、ストッパ３３は、高い剛性を有する材料、例えば鉄で構成されている。
【００５２】
連結鋼板３４は、ストッパ３３よりも大径の比較的厚い円板で構成されている。連結鋼板３４は、上密閉板６の下面の中心に形成された凹部６ａにシール材２６を介してはめ込まれ、ボルト２７によって上密閉板６に固定されており、それにより、ストッパ３３は、上端部が連結鋼板３４を介して上密閉板６に連結され、流体室８内を下方に延びている。
【００５３】
一方、下密閉板７の上面には、第２実施形態の凹部７ａよりも若干小径の円形の凹部７ｃが同心状に形成されており、凹部７ｃが形成されていない下密閉板７の残りの部分が、上方に突出する環状の当接部７ｄになっている。
【００５４】
また、下密閉板７の当接部７ｄの上面には、摩擦リング３８が取り付けられている。図８に示すように、摩擦リング３８は、同心状の大きな円孔３８ａを有しており、その径は、下密閉板７の凹部７ｃの径よりも小さい。また、摩擦リング３８には、周方向に等間隔に複数の（この例では８つの）円形のボルト孔３８ｂが形成されている。
【００５５】
摩擦リング３８は、各ボルト孔３８ｂに上方から通したボルト３９を、ワッシャ（図示せず）を介して当接部７ｄにねじ込み、所定の締付け力で締め付けた状態で、下密閉板７に取り付けられている。この状態では、摩擦リング３８の円孔３８ａと下密閉板７の凹部７ｃは互いに同心状であり、各ボルト３９は、ボルト孔３８ｂの中心に位置し、ボルト孔３８ｂに対して所定量の遊びをもって係合している。
【００５６】
また、ストッパ３３は、摩擦リング３８の円孔３８ａを通り、下密閉板７の凹部７ｃの途中まで延びており、図７に示す中立位置において、ストッパ３３の外周面と当接部７ｂの内周面との間に、第１所定量Ｇ１の間隙が形成され、ストッパ３３の外周面と摩擦リング３８の円孔３８ａの縁との間に、第１所定量Ｇ１よりも小さい第２所定量Ｇ２の間隙が形成されている。
【００５７】
次に、図９及び図１０を参照しながら、上記構成の積層ゴム支承３１の動作を説明する。積層ゴム支承３１に水平荷重が作用すると、積層体ユニット２は、図示しない中立位置から水平方向に変形する。水平変形量ＤＨが第２所定量Ｇ２に達するまでは、ストッパ３３が流体室８内の低粘度流体Ｆを移動するだけで、それによる粘性抵抗は非常に小さいので、第１実施形態の積層ゴム支承１とほぼ同様の低い水平剛性が得られる（図１０の点ａ〜点ｂ）。
【００５８】
水平変形量ＤＨが第２所定量Ｇ２に達すると、ストッパ３３が摩擦リング３８の円孔３８ａの縁に当接し、摩擦リング３８を押圧する（図９（ａ））。これに伴い、当接部７ｄの上面と摩擦リング３８の下面の間に摩擦力が発生する（図１０の点ｂ）とともに、水平荷重が最大摩擦力を超えたときに、摩擦リング３８が摺動し始める（図１０の点ｃ）。この間、当接部７ｄと摩擦リング３８との間の摩擦力によりエネルギが吸収されることによって、水平変形量ＤＨが抑制される（図１０の点ｂ〜点ｃ）。
【００５９】
水平変形量ＤＨがさらに増加し、第１所定量Ｇ１に達すると、摩擦リング３８の円孔３８ｂの縁がボルト３９に当接することで、摩擦リング３８の摺動が終了すると同時に、ストッパ３３が当接部７ｄに当接する（図９（ｂ）、図１０の点ｄ）。これにより、ストッパ３３の移動が阻止され、そのストップ機能によって水平変形量ＤＨが抑制される（図９（ｃ）、図１０の点ｄ〜点ｅ）。
【００６０】
以上のように、ストッパ３３と摩擦リング３８の摩擦力によるエネルギ吸収機能とストップ機能により、水平変形量ＤＨが２段階で抑制されることによって、積層ゴム支承３１の過大な水平変形を防止することができる。また、摩擦力によるエネルギの吸収に伴って温度上昇する摩擦リング３８が低粘度流体Ｆで冷却されるので、振動エネルギが繰り返し作用した場合の、エネルギ吸収に伴う摩擦リング３８の温度上昇による摩擦力の低下を、低粘度流体Ｆを利用しながら良好に抑制することができる。
【００６１】
図１１は、摩擦リングの他の例を示す。同図に示すように、この摩擦リング３８Ａでは、ボルト３９が通される８つのボルト孔３８ｃ（３８ｃ１、３８ｃ２、３８ｃ３）が、互いに同じ方向に延びる長孔で構成されている。具体的には、径方向に対向する一対のボルト孔３８ｃ１、３８ｃ１は径方向に延び、これと直交する方向に対向する一対のボルト孔３８ｃ２、３８ｃ２は、径方向と直交する方向に延び、他の４つのボルト孔３８ｃ３は、径方向に対して斜めに延びている。以下、ボルト孔３８ｃの延び方向を「第１方向」、これと直交する方向を「第２方向」という。
【００６２】
摩擦リング３８Ａは、各ボルト孔３８ｃに通されたボルト３９を介し、図８の摩擦リング３８と同様にして、下密閉板７の当接部７ｄに取り付けられている。この状態では、各ボルト３９は、ボルト孔３８ｃの中心に位置し、ボルト孔３８ｃの長さ方向の両側に所定量の遊びをもち、幅方向には遊びのない状態で、ボルト孔３８ｃに係合している。
【００６３】
この構成によれば、水平荷重が上記第１方向（図１１の矢印Ａ方向）に作用し、摩擦リング３８Ａが同方向にストッパ３３で押圧された場合、摩擦リング３８Ａは、第１方向に延びる各ボルト孔３８ｃを介して、ボルト３９の遊びの分だけ、当接部７ｄに対して摺動する。したがって、図１０に示す摩擦リング３８の場合の復元力特性を同様に得ることができる。
【００６４】
これに対し、水平荷重が上記第２方向（図１１の矢印Ｂ方向）に作用し、摩擦リング３８Ａが同方向にストッパ３３で押圧された場合、各ボルト孔３８ｃに対するボルト３９の遊びがないため、摩擦リング３８Ａは当接部７ｄに対して摺動できない。このため、図１２に示すように、水平変形量ＤＨが第２所定量Ｇ２に達し、ストッパ３３が摩擦リング３８Ａに当接した時点（図１２の点ｂ）から、ストッパ３３のストップ機能が発揮される。これにより、水平荷重が第１方向に作用する場合と比較して、水平変形量ＤＨがより小さくなり（図１２の点ｂ〜点ｃ）、積層ゴム支承３１の水平変形がさらに抑制される。
【００６５】
以上のように、水平荷重が第１方向に作用する場合と第２方向に作用する場合で、積層ゴム支承３１の復元力特性を異ならせることができる。したがって、例えば建物の平面的な形状や隣接する建物との位置関係などから、免震装置に許容される変位量が方向によって異なる場合、ボルト孔３８ｃの第２方向が許容変位量の小さい方向に一致するように摩擦リング３８Ａの設置角度を調整することによって、免震装置の変位量をそれぞれの方向の許容変位量に応じて適切に制御することができる。
【００６６】
次に、図１３を参照しながら、第２実施形態の第２変形例による積層ゴム支承４１について説明する。この積層ゴム支承４１は、上述した第１変形例の積層ゴム支承３１と比較し、ストッパ兼エネルギ吸収機構４２の構成が異なるものである。以下、第１変形例と共通の積層ゴム支承４１の構成要素に対し、図１３に同じ符号を付するとともに、ストッパ兼エネルギ吸収機構４２の構成を中心として説明を行うものとする。
【００６７】
このストッパ兼エネルギ吸収機構４２は、ストッパ４３を備えており、その一端部には連結鋼板４４が一体に設けられ、他端部には、弾性体４５及び滑り材４６が順に一体に設けられている。ストッパ４３は、第１変形例のストッパ３３と同様、高い剛性を有する材料、例えば鉄で構成されている。
【００６８】
連結鋼板４４は、ストッパ４３よりも大径の比較的厚い円板で構成されている。連結鋼板４４は、上密閉板６の下面の中心に形成された凹部６ａにシール材２６を介してはめ込まれ、ボルト２７によって上密閉板６に固定されており、それにより、ストッパ４３は、上端部が連結鋼板４４を介して上密閉板６に連結され、流体室８内を下方に延びている。
【００６９】
弾性体４５は、例えば天然ゴムで構成され、ストッパ４３と同じ径を有する円板状に形成されており、ストッパ４３の下面に接着などによって一体に取り付けられている。
【００７０】
滑り材４６は、例えばフッ素樹脂で構成されており、弾性体４５の下面に接着などによって一体に取り付けられている。また、滑り材４６の下面は、中央の円形の平坦面４６ａと、この平坦面４６ａの周縁と弾性体４５の下面の周縁に連なるテーパ面４６ｂで構成されている。
【００７１】
一方、下密閉板７の上面には、その中央に円形の凹部７ｅが同心状に形成されており、ストッパ４３の滑り材４６は、図１３に示す中立位置において、凹部７ｅの底面に近接した状態で、凹部７ｅに収容されている。また、凹部７ｅが形成されていない下密閉板７の残りの部分が、上方に突出する環状の当接部７ｆになっており、凹部７ｅとの当接部７ｆの境界部には、凹部７ｅから当接部７ｆの上面に向かって傾斜する傾斜面７ｇが形成されている。
【００７２】
以上の構成の積層ゴム支承４１によれば、水平荷重が作用するのに応じて、積層体ユニット２が図１３の中立位置から水平方向に変形する。この水平変形量が所定量に達するまでは、ストッパ４３などが流体室８内の低粘度流体Ｆを移動するだけで、それによる粘性抵抗は非常に小さいので、第１実施形態の積層ゴム支承１とほぼ同様の低い水平剛性が得られる。
【００７３】
水平変形量が所定量に達すると、滑り材４６のテーパ面４６ｂが当接部７ｄの傾斜面７ｇに当接するようになり、その後、水平変形量が増加するにつれて、弾性体４５が圧縮されるとともに、滑り材４６は、圧縮された弾性体４５の反力を受けながら、傾斜面７ｇを斜め上がりに摺動する（登坂する）。この傾斜面７ｇの登坂の際に、ストップ機能が作用するとともに、滑り材４６のテーパ面４６ｂと傾斜面７ｇの間に摩擦力が発生する。この摩擦力は、登坂が進むにつれて増大するとともに、テーパ面４６ｂが傾斜面７ｇを越えて当接部７ｅの上面に達した後には、ほぼ一定の高い状態に保持される。
【００７４】
以上のように、ストッパ４３が傾斜面７ｆを登坂する際のストップ機能と、傾斜面７ｇを含む当接部７ｅとの間の摩擦力によるエネルギ吸収機能によって、水平変形量が抑制され、積層ゴム支承４１の過大な水平変形を防止することができる。
【００７５】
また、摩擦力によるエネルギの吸収に伴って温度上昇するストッパ４３が低粘度流体Ｆで冷却されるので、振動エネルギが繰り返し作用した場合のストッパ４３の温度上昇による摩擦力の低下を、低粘度流体Ｆを利用しながら良好に抑制することができる。
【００７６】
次に、図１４を参照しながら、本発明の第３実施形態による積層ゴム支承５１について説明する。この積層ゴム支承５１は、変形抑制機構として、これまでのストッパ兼エネルギ吸収機構に代えて、流体ダンパ５２を設けたものである。以下、第１実施形態と共通の構成要素に対し、図１４に同じ符号を付するとともに、流体ダンパ５２の構成を中心として説明を行うものとする。
【００７７】
流体ダンパ５２は、作動流体ＨＦを用いるものであり、シリンダ５３、ピストン５４及び連通路５５を備えている。シリンダ５３は、ボールジョイント５６及び取付具５７を介して、下密閉板７の中心に連結されている。ピストン５４は、ピストンロッド５８、ボールジョイント５９及び取付具６０を介して、上密閉板６の中心に連結されている。
【００７８】
ピストン５４は、シリンダ５３内に摺動自在に設けられており、シリンダ５３内を、ピストンロッド５８側の第１流体室６１と反対側の第２流体室６２に区画している。連通路５５は、シリンダ５３の軸線方向の中心から両側に等しい所定距離を隔てた２つの位置において、シリンダ５３内に接続されている。以下、この２つの接続部の間のシリンダ５３の区間を「内側区間Ｚ」という。
【００７９】
この構成により、連通路５５は、ピストン５３が図１４に示す中立位置を含む内側区間Ｚに位置しているときに、ピストン５３をバイパスし、第１及び第２流体室６１、６２を互いに連通させる。作動流体ＨＦは、例えばシリコンオイルで構成され、第１及び第２流体室６１、６２と連通路５５に充填されている。
【００８０】
ピストン５４には、一対のリリーフ弁６３、６３が設けられている。これらのリリーフ弁６３、６３は、ピストン５４を貫通する２つの連通孔（図示せず）にそれぞれ設けられており、第１及び第２流体室６１、６２の一方の圧力が所定圧力に達したときに、それに対応する一方のリリーフ弁６３が開弁し、第１及び第２流体室６１、６２を互いに連通させるように構成されている。
【００８１】
以上の構成の積層ゴム支承５１によれば、水平荷重が作用し、積層体ユニット２が水平方向に変形するのに伴い、上下の密閉板６、７に取り付けた取付具６０、５７の間の距離が長くなることで、ピストン５４は、第１流体室６１の容積を減少させる方向に移動する。この場合、積層体ユニット２の水平変形量が所定量に達するまでは、ピストン５４が内側区間Ｚに位置しており、それにより、作動流体ＨＦが連通路５５を介して第１流体室６１から第２流体室６２に流れ、第１流体室６１内の圧力が逃がされる。このため、作動流体ＨＦの流れによる小さな粘性抵抗が発生するだけであるので、第１実施形態の積層ゴム支承１とほぼ同様の低い水平剛性が得られる。
【００８２】
水平変形量ＤＨが所定量に達すると、ピストン５４が内側区間Ｚから外れることで、連通路５５を介した作動流体ＨＦの流れが阻止され、作動流体ＨＦが第１流体室６１内に閉じ込められることによって、第１流体室６１内の圧力が急激に上昇する。これにより、ピストン５４の移動が阻止されることによって、水平変形量が抑制され、積層ゴム支承５１の過大な水平変形を防止することができる。
【００８３】
なお、第１流体室６１内の圧力が所定の圧力に達したときには、対応するリリーフ弁６３が開弁し、第１流体室６１内の圧力が、連通孔を介して第２流体室６２に逃がされることによって、過大な圧力上昇が防止される。
【００８４】
なお、本発明は、説明した実施形態及び変形例に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、流体室８に充填される低粘度流体Ｆとして、水を用いているが、低粘度である限り、より好ましくは天然ゴム層９と同等のポアソン比を有するものであれば、水以外の流体を用いることが可能である。例えば、冷却性や防錆性、難蒸発性などの観点から作動油を用いてもよく、その中でも粘度の低いものが好ましい。
【００８５】
また、実施形態では、変形抑制機構として、ストッパ兼エネルギ吸収機構２２、３２、４２や流体ダンパ５２を用いているが、水平変形量が所定量を超えた後にその増大を抑制するものである限り、他の構成の変形抑制機構を用いることが可能である。
【００８６】
また、実施形態は、積層ゴム支承を高層の建物の免震装置として用いた例であるが、これに限らず、本発明の積層ゴム支承は、他の構造物の免震装置として、あるいはＴＭＤ機構の支承体として用いることが可能である。後者の場合には、積層ゴム支承によってＴＭＤ機構をより長周期化し、ＴＭＤ機構を含む付加振動系の固有振動数を建物などの固有振動数と同調させることによって、ＴＭＤ機構の制振機能を良好に発揮させることができる。
【００８７】
さらに、実施形態では、積層体５を密閉する上下の密閉板６、７と建物への取付け用の上下のフランジ鋼板３、３が、それぞれ互いに別個に構成されているが、これらを兼用する上下各１枚の鋼板などで構成してもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１  積層ゴム支承
５  積層体
５ａ  積層体の上側の開口
５ｂ  積層体の下側の開口
６  上密閉板
７  下密閉板
７ｂ  当接部
７ｄ  当接部
７ｆ  当接部
７ｇ  傾斜面
８  流体室
９  天然ゴム層
１０  中間鋼板（剛性層）
２１  積層ゴム支承
２２  ストッパ兼エネルギ吸収機構（変形抑制機構）
２３  ストッパ
３１  積層ゴム支承
３２  ストッパ兼エネルギ吸収機構（変形抑制機構）
３３  ストッパ
３８  摩擦リング（環状の摩擦板）
４１  積層ゴム支承
４２  ストッパ兼エネルギ吸収機構（変形抑制機構）
４３  ストッパ
４５  弾性体
４６  滑り材
５１  積層ゴム支承
５２  流体ダンパ（変形抑制機構）
５３  シリンダ
５４  ピストン
５５  連通路
６１  第１流体室
６２  第２流体室
Ｆ  低粘度流体
ＤＨ  水平変形量
Ｇ  所定量
Ｇ１  第１所定量（所定量）
Ｇ２  第２所定量
ＨＦ  作動流体
Ｚ  内側区間
【図１】
2019100437.tif 000003
【図２】
2019100437.tif 000004
【図３】
2019100437.tif 000005
【図４】
2019100437.tif 000006
【図５】
2019100437.tif 000007
【図６】
2019100437.tif 000008
【図７】
2019100437.tif 000009
【図８】
2019100437.tif 000010
【図９】
2019100437.tif 000011
【図１０】
2019100437.tif 000012
【図１１】
2019100437.tif 000013
【図１２】
2019100437.tif 000014
【図１３】
2019100437.tif 000015
【図１４】
2019100437.tif 000016