(57)【要約】【課題】硬質板と軟質板との積層ゴムに空洞部を設け、この空洞部に充填材料を充填することにより減衰特性を高めた免震装置を提供する。【解決手段】複数個の剛性を有する硬質板２と粘弾性的性質を有する軟質板３とを交互に貼り合わせてなる積層ゴム４に空洞部５を設け、この空洞部５に充填材料６を充填した免震装置１。充填材料６は非鉛系低融点合金材料、好ましくは錫４２〜４３重量％、ビスマス５７〜５８重量％を含む錫−ビスマス合金よりなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の剛性を有する硬質板と粘弾性的性質を有する軟質板とを交互に貼り合わせてなる積層体に空洞部を設け、この空洞部に充填材料を充填した免震装置において、
該充填材料が非鉛系低融点合金材料であることを特徴とする免震装置。
【請求項２】
請求項１において、該低融点合金材料の融点が１００℃以上３００℃以下であることを特徴とする免震装置。
【請求項３】
請求項１において、該低融点合金材料が錫−亜鉛系合金、錫−ビスマス系合金、及び錫−インジウム系合金より選ばれる錫含有合金であることを特徴とする免震装置。
【請求項４】
請求項３において、該錫含有合金が錫９０〜９４重量％、亜鉛６〜１０重量％を含む錫−亜鉛系合金であることを特徴とする免震装置。
【請求項５】
請求項３において、該錫含有合金が錫４０〜４５重量％、ビスマス５５〜６０重量％を含む錫−ビスマス系合金であることを特徴とする免震装置。
【請求項６】
請求項５において、該錫含有合金が錫４２〜４３重量％、ビスマス５７〜５８重量％を含む錫−ビスマス合金であることを特徴とする免震装置。
【請求項７】
請求項３において、該錫含有合金が錫４６〜５０重量％、インジウム５０〜５４重量％を含む錫−インジウム系合金であることを特徴とする免震装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、前記空洞部は積層体の中心部に積層方向に設けられた筒状の空間部であることを特徴とする免震装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数個の硬質板と粘弾性的性質を有する軟質板とを交互に貼り合わせた免震装置に関するものであり、特に硬質板と軟質板とで構成される積層体に空洞部を設け、この空洞部に充填材料を充填することにより、減衰特性を高めた、建物及び土木構造物用免震装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼板等の硬質板とゴム等の粘弾性的性質を有する軟質板とを積層した免震装置が、防振性、吸振性等を要求させる支承部材として広く用いられている。
【０００３】
このような免震装置の作用効果は、コンクリートのような剛体建物と基礎土台との間に、横方向に柔らかい、即ち剪断剛性率の小さい免震装置を挿入することにより、コンクリート建物の固有周期を地震の周期からずらすことによる。このため、免震装置を建物と土台との間に挿入する免震設計により、地震により建物が受ける加速度は非常に小さくなる。
【０００４】
しかしながら、建物のゆっくりした横揺れはそのまま残るため、この横揺れ量が大きいと建物と他の構造物との衝突や水管、ガス管、配線などの備品の破壊をもたらすことになる。
【０００５】
そこで、従来、減衰特性を高めるために、硬質板と軟質板との積層体（積層ゴムと通称されている。）の内部をくり抜き、この空洞部分に異種材料を充填したものが提案され、空洞部に充填する材料として、鉛、ガラスビーズ、砂などが提示されている。このうち、鉛以外の材料は、いずれも特性の安定性、信頼性、コスト等の面で問題があるため、実用化に到っていないが、鉛プラグを充填した積層ゴムは広く実用化されるようになってきている。
【０００６】
鉛プラグ内蔵積層ゴムは、特性的には非常に優れたものではあるが、鉛害の問題があるため、製造及び設計上大きな制約を受ける。また、将来的には、積層ゴムを廃棄する際の処分上の問題も生じることが予測される。
【０００７】
上記従来の鉛プラグ内蔵積層ゴムの問題点を解決した免震装置として、本出願人は先に、積層ゴムの空洞部に、特定の弾塑性的性質を有するプラスチック材料を充填した免震装置を提案した（特開平１１−２１００９０号公報）。また、この空洞部に錫基合金を充填した免震装置を提案した（特開２００４−１６９８９４号公報）。
【特許文献１】特開平１１−２１００９０号公報
【特許文献２】特開２００４−１６９８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特開平１１−２１００９０号公報、特開２００４−１６９８９４号公報で提案された免震装置によれば、鉛プラグを用いることなく、従って、鉛プラグ内蔵積層ゴムの問題点を解決した免震装置が提供されるが、積層ゴムの空洞部に充填する充填材料には、より一層の機能性、その他の特性の向上が望まれると共に、工業製品としての免震装置にあっては、従来の鉛プラグの代替材料として、更に多くの充填材料の開発が望まれているのが現状である。
【０００９】
本発明は上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、更に異なる充填材料により、鉛プラグ内蔵積層ゴムの問題点を解決した免震装置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】
【００１０】
本発明（請求項１）の免震装置は、複数個の剛性を有する硬質板と粘弾性的性質を有する軟質板とを交互に貼り合わせてなる積層体に空洞部を設け、この空洞部に充填材料を充填した免震装置において、該充填材料が非鉛系低融点合金材料であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の免震装置は、請求項１において、該低融点合金材料の融点が１００℃以上３００℃以下であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の免震装置は、請求項１において、該低融点合金材料が錫−亜鉛系合金、錫−ビスマス系合金、及び錫−インジウム系合金より選ばれる錫含有合金であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の免震装置は、請求項３において、該錫含有合金が錫９０〜９４重量％、亜鉛６〜１０重量％を含む錫−亜鉛系合金であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の免震装置は、請求項３において、該錫含有合金が錫４０〜４５重量％、ビスマス５５〜６０重量％を含む錫−ビスマス系合金であることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の免震装置は、請求項５において、該錫含有合金が錫４２〜４３重量％、ビスマス５７〜５８重量％を含む錫−ビスマス合金であることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の免震装置は、請求項３において、該錫含有合金が錫４６〜５０重量％、インジウム５０〜５４重量％を含む錫−インジウム系合金であることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の免震装置は、請求項１ないし７のいずれか１項において、前記空洞部は積層体の中心部に積層方向に設けられた筒状の空間部であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、硬質板と軟質板との積層体に空洞部を設け、この空洞部に充填材料を充填することにより減衰特性を高めた免震装置であって、従来の鉛プラグ内蔵積層ゴムの場合に生じていたような問題のない高特性免震装置が提供される。
【００１９】
即ち、本発明の免震装置では、積層体の空洞部に充填する材料として鉛材料の代りに、非鉛系低融点合金材料を用いるため、前記鉛プラグ内蔵積層ゴムの製作時又は廃棄処分等において誤った操作を行った場合に生じるかもしれない鉛害が解消される。
【００２０】
本発明において、用いる低融点合金材料の融点は１００℃以上３００℃以下であることが好ましい（請求項２）。
【００２１】
ところで、積層体の空洞部の充填材料には、次のような特性が要求される。  
(1)  降伏応力が低いこと
(2)  伸びが良好であること、即ち、延性、展性に優れること
(3)  上記(1)，(2)の特性の温度依存性が小さいこと、即ち、温度による上記(1)，(2)の変化が小さいこと
このような要求特性を満足するものとして、錫（Ｓｎ）−亜鉛（Ｚｎ）系合金、錫（Ｓｎ）−ビスマス（Ｂｉ）系合金、及び錫（Ｓｎ）−インジウム（Ｉｎ）系合金より選ばれる錫含有合金（請求項３）、特に、Ｓｎ９０〜９４重量％、Ｚｎ６〜１０重量％を含むＳｎ−Ｚｎ系合金（請求項４）、Ｓｎ４０〜４５重量％、Ｂｉ５５〜６０重量％を含むＳｎ−Ｂｉ系合金（請求項５）、又はＳｎ４６〜５０重量％、Ｉｎ５０〜５４重量％を含むＳｎ−Ｉｎ系合金（請求項７）、とりわけ、Ｓｎ４２〜４３重量％、Ｂｉ５７〜５８重量％を含むＳｎ−Ｂｉ合金（請求項６）が好ましい。
【００２２】
また、本発明の免震装置の空洞部は積層体の中心部に積層方向に設けられた筒状の空間部であることが好ましい（請求項８）。
【００２３】
なお、充填材料として非鉛系低融点合金材料を用いる本発明の免震装置では、従来の鉛プラグ内蔵積層ゴムに比較して次のような利点もある。即ち、鉛材料は、降伏応力等の物性のコントロールが不可能であり、減衰特性の調整には、鉛プラグ径を変更するしかないが、非鉛系低融点合金材料、特に上述の錫含有合金であれば、諸物性のコントロールが容易であるため、要求特性、設計条件に応じて、材料組成等を調整することで容易に対処することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】
図１（ａ）は本発明の免震装置の実施の形態を示す縦断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００２６】
この免震装置１は、複数個の剛性を有する硬質板２と粘弾性的性質を有する軟質板３とを交互に貼り合わせてなる円柱状の積層体（以下、積層ゴムという。）４の中心部に円筒状の空洞部（空間部）５を設け、この空洞部５内に充填材料６を充填したものである。なお、図中、符号７，８はフランジである。
【００２７】
本発明において、積層ゴム４の形状、積層ゴム４の空洞部５及び充填材料６の形状は免震効果、減衰効果を有効に発揮し得る形状であれば良く、形状的には何ら拘束はなく、例えば、積層ゴムの形状は角柱状であっても良い。空洞部５の形状は円筒状などの筒状であることが好ましい。
【００２８】
本発明において積層ゴム４の空洞部５に充填する充填材料６としては、非鉛系の低融点合金材料を用いる。
【００２９】
この低融点合金材料は、鉛を実質的に含まず、融点が好ましくは１００℃以上３００℃以下、例えば１１７℃〜１９９℃のものである。このような低融点合金材料であれば、鉛よりも降伏応力が高くなるもの、純錫にある低温脆性が回避され、かつ変形により生じる熱により溶融しないため、免震装置の充填材料として有効である。
【００３０】
特に、低融点合金材料としてはＳｎ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｉｎ系合金が好ましく、これらの材料は、下記表１に示す如く、機械的性質として引張強さが高いものの、伸びが鉛同等（４０〜５０％）からそれ以上（最大２００％）であるため、積層ゴムが大変形した場合においても、純錫のように破断する可能性が低く、安定した免震効果が得られる点において好ましい。なお、実験により得られた低融点合金材料の応力‐歪曲線を図２に示す。
【００３１】
また、これらの材料は低温度で再結晶するため、加工硬化が起こり難い。特に、Ｓｎ９０〜９４重量％、Ｚｎ６〜１０重量％のＳｎ−Ｚｎ系合金、好ましくはＳｎ９２重量％、Ｚｎ８重量％のＳｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ４０〜４５重量％、Ｂｉ５５〜６０重量％のＳｎ−Ｂｉ系合金、好ましくはＳｎ４２〜４３重量％、Ｂｉ５７〜５８重量％のＳｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ４６〜５０重量％、Ｉｎ５０〜５４重量％のＳｎ−Ｉｎ系合金、好ましくはＳｎ４８重量％、Ｚｎ５２重量％のＳｎ−Ｉｎ合金、とりわけＳｎ４２〜４３重量％、Ｂｉ５７〜５８重量％のＳｎ−Ｂｉ合金は超塑性能力があり、伸びが２００％となる超延性特性を有し、本発明に好適である。
【００３２】
【表１】
2008082386.tif 000003
【００３３】
このような錫含有合金であれば、錫含有合金の成分組成を調整することにより、容易に所望の減衰特性を得ることができる。
【００３４】
本発明は、このような充填材料６を積層ゴム４の空洞部５に充填することにより減衰特性を得るものであるが、充填する充填材料６の体積を、充填材料６を充填する前の積層ゴム４の空洞部５の容積に対して若干大きいものとし、充填材料６を圧縮状態で積層ゴム４の空洞部５に充填するのが、安定した減衰特性を得る上で好ましい。この場合、充填材料６の体積Ｖ１は上記空洞部５の容積Ｖ２に対して１〜５％程度大きいことが好ましく（Ｖ１＝（１．０１〜１．０５）×Ｖ２）、特に好ましくはＶ１＝（１．０１〜１．０３）×Ｖ２である。
【００３５】
従って、例えば、直径Ｄ，長さＬの円筒状の空洞部５に対して、直径がＤで長さが（１．０１〜１．０５）×Ｌの円柱状の充填材料６を充填することにより、良好な減衰特性を得ることができる。
【００３６】
なお、図１に示すような免震装置１において、積層ゴム４の大きさと、空洞部５の大きさ等にも特に制限はなく、免震装置の使用目的等に応じて適宜選定されるが、例えば、積層ゴム４の空洞部５の直径Ｄ２と積層ゴム４の直径Ｄ１との比、Ｄ２／Ｄ１は、０．１〜０．３であることが好ましい。
【００３７】
本発明の免震装置において、積層ゴム４を構成する硬質板２の材質としては、金属、セラミックス、プラスチックス、ＦＲＰ、ポリウレタン、木材、紙板、スレート板、化粧板などを用いることができる。
【００３８】
また、軟質板３の材質としては、各種の加硫ゴム、未加硫ゴム、プラスチックなどの有機材料、これらの発泡体、アスファルト、粘土等の無機材質、これらの混合材料が用いられる。本発明においては、非鉛系の低融点合金材料よりなる充填材料６を用いることで減衰特性を得るものであることから、この軟質板３の材料は天然ゴム等の減衰特性の比較的低いものであっても、減衰特性の高いものであっても良い。高減衰ゴムとしては、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ、ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）等が挙げられる。これらのうち、特にハロゲン化ブチルゴム、ＥＰＲ、ＥＰＤＭ、ＣＲ、ＮＲ、ＩＲ、ＢＲ、ＳＢＲが好ましく、これらを２種以上ブレンドして用いるのが最も好ましい。
【００３９】
なお、本発明の免震装置は、その耐候性等の向上を目的として、外表面部を耐候性に優れたゴム材料で被覆するなどの改良を加えることもできる。
【００４０】
この場合、被覆ゴム材料としては、耐候性の優れたゴム状ポリマーが望ましく、例えば、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタン、シリコンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＲＰ及びＥＰＤＭ）、ハイパロン、塩素化ポリエチレン、エチレン酢酸ビニルゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム等が挙げられる。これらのうち、特にブチルゴム、ポリウレタン、エチレンプロピレンゴム、ハイパロン、塩素化ポリエチレン、エチレン酢酸ビニルゴム、クロロプレンゴムが耐候性の面からは効果的である。更に、軟質板を構成するゴムとの接着性を考慮した場合には、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴムが望ましく、とりわけエチレンプロピレンゴムを用いるのが最も好ましい。
【００４１】
これらのゴム材料は単独で用いても、２種以上をブレンドして用いても良い。また、伸び、その他の物性を改良するために市販ゴム、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム等とブレンドしても良い。更に、これらのゴム材料には、各種充填剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、オイル等、ゴム材料に一般的な配合剤を混合しても良い。
【００４２】
このような本発明の免震装置を製造するには、例えば、硬質板と軟質板とを交互に積層して加硫成形した積層ゴムをくり抜いたり、予め中心部の空洞部ができるよう加硫成形された積層ゴムの空洞部に、予め成形した低融点合金材料を挿入するか、予め成形した低融点合金材料に中心部をくり抜いた硬質板と軟質板材料とを交互にはさみ込みこれを共加硫する方法が採用される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１（ａ）は本発明の免震装置の実施の形態を示す縦断面図、図２（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２】低融点合金材料の応力‐歪曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１  免震装置
２  硬質板
３  軟質板
４  積層ゴム（積層体）
５  空洞部
６  充填材料
７，８  フランジ
【図１】
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【図２】
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