(57)【要約】【課題】高面圧ー高ひずみ条件下での荷重支持状態において、簡単な構造で、積層ゴムの上下端部付近のせん断変形を強制的に小さくする。【解決手段】シート状ゴム１１と鋼板１２とを交互に積み重ね上下端をシート状ゴム１３とする。それら積み重ね部分の外周部を被覆ゴム１６にて覆うことで、積層ゴム１５を構成する。その積層ゴム１５の上下面に上下フランジ鋼板１７，１８を接合する。この上下フランジ鋼板１７，１８が上下の構造物にそれぞれ取り付けられる。上下フランジ鋼板１７，１８の下面１７ａ及び上面１８ａに、積層ゴム１５の上下端部が嵌り込む中央凹部１７ｂ，１８ｂをそれぞれ形成する。その中央凹部１７ｂ，１８ｂの深さはシート状ゴム１３の厚さに相当する深さよりも浅くなっている。被覆ゴム１６に、中央凹部１７ｂ，１８ｂを覆い半径方向外方側へ延びるスカート状の延長部分１６ａを形成する。中央凹部１７ｂの外周部分は、外側になるほど深さが浅くなるテーパ面１７ｃであり、中央凹部１７ｂ，１８ｂの内径は鋼板１２の外径よりも大きい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状ゴムと鋼板とが交互に積み重ねられて上下端がシート状ゴムとされこの積み重ね部分の外周部が被覆ゴムにて覆われる積層ゴムと、この積層ゴムの上下面に接合される上側及び下側フランジ鋼板とが一体に成型されてなり、この上側及び下側フランジ鋼板が上側及び下側の構造物にそれぞれ取り付けられる免震装置において、
前記上側フランジ鋼板の下面及び下側フランジ鋼板の上面に中央凹部がそれぞれ形成され、
その中央凹部に前記積層ゴムの上下端部がそれぞれ嵌り込んでいることを特徴とする免震装置。
【請求項２】
前記中央凹部の深さは、前記積層ゴムを構成する上下端のシート状ゴムの厚さに対応する深さよりも浅くなるように設定されている請求項１記載の免震装置。
【請求項３】
前記中央凹部は、外周部分が外側になるほど深さが浅くなるテーパ面となるように形成されている請求項１又は２記載の免震装置。
【請求項４】
前記中央凹部は、その内径が前記鋼板の外径よりも大きい請求項１〜３のいずれかに記載の免震装置。
【請求項５】
前記中央凹部は、その内径が、限界せん断ひずみを±γとすれば、前記積層ゴムの外径より大きく、かつ前記鋼板の外径に相当する長さと前記シート状ゴムの厚さの２γ倍に相当する長さとの和に相当する長さよりも小さく設定されている請求項１〜４のいずれかに記載の免震装置。
【請求項６】
前記テーパ面は、限界せん断ひずみを±γとすれば、水平面に対してなす角度θが、
ｔａｎθ≧１／γ
を満足するように設定されている請求項３〜５のいずれかに記載の免震装置。
【請求項７】
前記被覆ゴムは、前記中央凹部を覆うと共に前記上側フランジ鋼板の下面及び下側フランジ鋼板の上面に沿って半径方向外方側へ延びる延長部分を有する請求項１〜６のいずれかに記載の免震装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、免震装置、詳しくは建築物などの上側の構造物を、基礎などの下側の構造物上に水平方向に揺動可能に支承する免震装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、免震装置として、ゴム層と鋼板層とを交互に積み重ねて上下端がゴム層とされ、その積み重ね部分の外周部分が耐候性を向上させるために高耐候性の被覆ゴムにて覆われる積層ゴムを使用したものが知られている（例えば特許文献１参照）。この積層ゴムは薄い鋼板と薄いゴム層を交互に積み重ねて加硫接着したもので、その積層ゴムの上下面に取付用の上側及び下側フランジ鋼板が一体に接合され、この上側及び下側フランジ鋼板に上側及び下側の構造物が緊結される。このような、積層ゴム（被覆ゴムを含む）と、上側及び下側フランジ鋼板とが一体に成型される免震装置を、被覆ゴム一体成型フランジタイプという。
【０００３】
近年、このような免震装置に要求される性能水準が高まっている。つまり、今までより高い荷重を支えながら水平方向にはより大きく変形（せん断変形）できる性能が要求されており、具体的には、支持荷重としては面圧で３０ＭＰａ、変形量はせん断ひずみ換算で±４００％（すなわち、ゴム層の厚さの総和（積層ゴムの高さから鋼板の厚さの総和を減じたもの）に対応する長さの４倍に相当する長さの水平方向の変位）というのがひとつの目安とされている。
【０００４】
そのような厳しい高面圧ー高ひずみ条件においては、積層ゴムは破断することはなくても、鋼板、特に上下端に位置する鋼板から中間方向に各３枚程度については大きく塑性変形を生じる場合があることが知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
そのように、端部付近に位置する鋼板に塑性変形が生ずると、その変形部分においてゴム層を構成するゴムが外周方向に押し出され、被覆ゴム表面に異常な膨れが生じるおそれがある。そして、場合によっては、被覆ゴムの外周面上下端部が破れ、破壊開始点となることもある。
【０００６】
そこで、前述した被覆ゴム一体成型フランジタイプではないが、積層ゴムの上下端部分を拘束保持する硬質材製のリング体を、厚肉硬質板に後付け固定される取付フランジに固定保持することで、高面圧下での地震発生などに伴い水平方向に大きく変形したときのせん断圧縮力によって厚肉硬質板付近に位置する積層ゴム内部の硬質板の外周端部分に作用する曲げがリング体で受け止め、その外周端部分の曲げ変形及びそれに起因する被覆ゴム端部分の外周方向への膨らみを抑制するようにしたものが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１６１４２７号公報（図１、図２）
【特許文献２】
特開２００２−４８１９０号公報（図１、段落番号００１０，００２２〜００２４）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献２に記載のものは、積層ゴムを構成する薄肉硬質板よりも厚さの厚い厚肉硬質板が取付フランジに取付固定されているので、端部においては、厚肉硬質板が端部に位置するゴム層内に位置し、リング体との間にゴムのみが存在する部分が形成される。そのため、せん断変形開始後すぐに、端部付近に位置する鋼板が、厚肉硬質板に支持されている状態から、（厚肉硬質板とリング体との間で）ゴムのみで支持される状態にすぐに変化するため、厚肉硬質板による支持が失われ、鋼板（の端部）に変形が生じるおそれがあり、鋼板の変形を防止する上でまだ不十分である。
【０００９】
ところで、前述したような（積層ゴムを構成する）鋼板が曲がるという課題は、高面圧−高ひずみ条件下での荷重支持状態において、フランジ端部近傍の応力が非常に高くなることに起因していると経験的に考えられるので、この位置での高い局部応力に抵抗すればよいと推測される。
【００１０】
この場合、特許文献２の技術のように、リング体を設けないでも、フランジ鋼板に中央凹部を設けることで、簡単な構造で、積層ゴムの上下端部付近のせん断変形を強制的に小さくすることができることに着想し、端部付近に位置する過度な鋼板の変形を抑えることができる本発明をなすに至ったものである。この場合、積層ゴム及び被覆ゴムの変形は中央部に比べて上下端部の方がもともと小さいので、前記中央凹部を設けることで、せん断変形を効果的に抑制することが可能になると考えられる。
【００１１】
この発明は、高面圧ー高ひずみ条件下での荷重支持状態において、簡単な構造で、積層ゴムの上下端部付近のせん断変形を強制的に小さくすることができる免震装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、シート状ゴムと鋼板とが交互に積み重ねられて上下端がシート状ゴムとされこの積み重ね部分の外周部が被覆ゴムにて覆われる積層ゴムと、この積層ゴムの上下面に接合される上側及び下側フランジ鋼板とが一体に成型されてなり、この上側及び下側フランジ鋼板が上側及び下側の構造物にそれぞれ取り付けられる免震装置において、前記上側フランジ鋼板の下面及び下側フランジ鋼板の上面に中央凹部がそれぞれ形成され、その中央凹部に前記積層ゴムの上下端部がそれぞれ嵌り込んでいることを特徴とする。
【００１３】
このようにすれば、上側フランジ鋼板の下面及び下側フランジ鋼板の上面の中央凹部に積層ゴムの上下端部をはめ込み、その中央凹部内に積層ゴムの上下端部（つまり、端部に位置するシート状ゴム及び被覆ゴムの上下端部）を位置させるようにしているので、簡単な構造で、積層ゴムの上下端部付近のせん断変形が強制的に抑制される。つまり、積層ゴムの端部が中央凹部内に位置していることで、その中央凹部によって積層ゴムの上下端部が拘束され、フランジ鋼板付近で応力が非常に高くなり鋼板の変形が生じやすい部位のせん断変形が強制的に抑制される。
【００１４】
また、せん断変形時に端部付近に位置する鋼板の支持状態が、特許文献１に記載の技術のように、せん断変形開始後すぐに変化することがなくなり、端部付近のせん断変形を抑制していることと相まって端部付近に位置する鋼板の過度な変形が抑制される。
【００１５】
さらに、万一鋼板が曲がっても、その曲がった部分によってゴムを変形させるのを（ゴムが水平方向を移動するのを）上記中央凹部が抑制する働きをすると考えられる。
【００１６】
この場合、請求項２に記載のように、前記中央凹部の深さは、前記積層ゴムを構成する上下端のシート状ゴムの厚さに対応する深さよりも浅くなるように設定されていることが望ましい。ここで、端部の鋼板の水平方向への移動を規制するために、鋼板はできるだけ中央凹部付近に位置することが効果的であり、前記中央凹部の深さは、上下端のシート状ゴムの厚さに対応する深さよりも浅いが、その厚さの半分以上の大きさに対応する深さとすることがより望ましい。
【００１７】
このようにすれば、端部に位置する鋼板が、中央凹部内に位置しないので、せん断変形時に、鋼板が中央凹部の周回壁面との間にゴムを挟んで損傷するが回避される。しかも、せん断変形時に鋼板が中央凹部より水平方向にずれても、鋼板は、端部のシート状ゴムや被覆ゴム（中央凹部内に位置している）によって支持されている状態からフランジ鋼板で支持される状態に変化するため、支持力は高まることになり、鋼板の変形を抑制する上で有利な構造となっている。
【００１８】
また、請求項３に記載のように、前記中央凹部は、外周部分が外側になるほど深さが浅くなるテーパ面となるように形成されていることが望ましい。
【００１９】
このようにすれば、中央凹部の外周部分が外側になるほど深さが浅くなるテーパ面とされているので、せん断変形時において、上下端に位置するシート状ゴムの変形（せん断変形）がスムーズに行われ、ゴム自体が有するバネ力が損なわれることがない。また、ゴムと接触するフランジ鋼板側の角部はすべて鈍角となり、その接触部分においてゴムに応力集中するのが回避される。
【００２０】
また、前記中央凹部は、請求項４に記載のように、前記中央凹部は、その内径が前記鋼板の外径よりも大きいことが望ましい。
【００２１】
このようにすれば、鋼板を介して下方に伝達される面圧は、中央凹部内に位置するシート状ゴムによって弾性的に受け止められる。
【００２２】
その場合、請求項５に記載のように、前記中央凹部は、その内径が、限界せん断ひずみを±γとすれば、前記積層ゴムの外径より大きく、かつ前記鋼板の外径に相当する長さと前記シート状ゴムの厚さの２γ倍に相当する長さとの和に相当する長さよりも小さく設定されていることが望ましい。ここで、「限界せん断ひずみを±γとすれば、積層ゴムの外径より大きく、かつ前記鋼板の外径とシート状ゴムの厚さの２γ倍の長さとの和に相当する長さよりも小さく」とするのは、たとえば限界せん断ひずみγが４（水平方向の変形量がゴム総厚の４倍）である場合を想定すると、端部に位置する鋼板は端部に位置するシート状ゴムの厚さの±４倍の範囲（結果として、シート状ゴムの厚さの８倍の範囲）だけ、せん断方向（水平方向）に変位するので、それよりも中央凹部の外径が小さいと、ゴムの動きが急激に阻害され、端部に位置するシート状ゴムの膨出を抑制することが困難となるからである。
【００２３】
このようにすれば、（免震装置に）必要とされる限界せん断ひずみに基づいて設定されるので、このひずみ変形の範囲において、ゴムの動きが急激に阻害されるのが回避される。
【００２４】
また、請求項６に記載のように、前記テーパ面は、限界せん断ひずみを±γとすれば、水平面に対してなす角度θが、
ｔａｎθ≧１／γ
を満足するように設定されていることが望ましい。たとえば限界せん断ひずみγが４である場合を想定すると、ｔａｎθ≧１／４となる。
【００２５】
このようにすれば、前記テーパ面が水平面に対してなす角度θは、限界せん断ひずみ±γに応じて調整して設定するようにしているので、限界せん断ひずみに応じて、端部に位置するシート状ゴムの変形が規制され、端部の損傷が防止される。よって、請求項５の発明と同様に、このひずみ変形の範囲において、ゴムの動きが急激に阻害されるのが回避される。
【００２６】
さらに、請求項７に記載のように、前記被覆ゴムは、前記中央凹部を覆うと共に前記上側フランジ鋼板の下面及び下側フランジ鋼板の上面に沿って半径方向外方側へ延びる延長部分を有することが望ましい。
【００２７】
このようにすれば、被覆ゴムが、中央凹部を覆い前記上側フランジ鋼板の下面及び下側フランジ鋼板の上面に沿って半径方向外方側へ延びる延長部分を有するようにしているので、積層ゴムのフランジ鋼板への取付部（フィレット部）の外観を損ねることがなく、また、フランジ鋼板への接着面積が増大し、端部の損傷を防止する上で有利な構造となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００２９】
図１は本発明に係る一実施の形態である免震装置の全体構成を示す断面図、図２は前記装置の要部を拡大して示す拡大図である。
【００３０】
図１及び図２に示すように、免震装置１は、断面円形状の積層ゴム１５（被覆ゴム１６を含む）と、上側及び下側フランジ鋼板１７，１８とが一体に成型される、被覆ゴム一体成型フランジタイプである。
【００３１】
つまり、薄いシート状ゴム１１と薄い鋼板１２とが、上下両端が薄いシート状ゴム１３となるように交互に積み重ねられている。これら１１，１２，１３の重積部分の外周部が被覆ゴム１６にて覆われて、積層ゴム１５が構成される。この積層ゴム１５の上下面に、端部のシート状ゴム１３及び被覆ゴム１６を介して上下フランジ鋼板１７，１８が一体に接合されている。１４は上下フランジ鋼板１７，１８及び積層体１５の中心部を上下方向に貫通する貫通孔である。なお、シート状ゴム１１，１３は同じ厚さである。上下フランジ鋼板１７，１８は上下の構造物（図示せず）にそれぞれ取り付けられる。
【００３２】
前記上下フランジ鋼板１７，１８の、積層ゴム１５側の各面（すなわち下面１７ａ及び上面１８ａ）の中央位置に平面視円形状の中央凹部１７ｂ，１８ｂがそれぞれ形成されている。その中央凹部１７ｂ，１８ｂの深さが、上下端に位置するシート状ゴム１３の厚さに相当する深さよりも浅くなっている。
【００３３】
そして、被覆ゴム１６の上下端部付近に、中央凹部１７ｂ，１８ｂを覆い上側フランジ鋼板１７の下面１７ａ及び下側フランジ鋼板１８の上面１８ａに沿って半径方向外方側へ延びるスカート状の延長部分１６ａが形成されている。この延長部分１６ａもフランジ鋼板１７，１８に接着（接合）されることで、接着面積の増大が図られている。
【００３４】
また、中央凹部１７ｂ，１８ｂの外周部分は、外側になるほど深さが浅くなるテーパ面（下フランジ鋼板１８のテーパ面１８ｃのみ図示）とされている。このテーパ面は限界せん断ひずみを±γとすれば、水平面に対してなす角度θが、
ｔａｎθ≧１／γ
を満足するように設定されていることが望ましい。
【００３５】
よって、本実施の形態での想定条件（支持荷重としては面圧で３０ＭＰａ、変形量はせん断ひずみ換算で±４００％）の下では、水平面に対してなす角度θが、
ｔａｎθ≧１／４
を満足するように設定されることが望ましい。
【００３６】
さらに、前記中央凹部１７ｂ，１８ｂの内径は鋼板１２の外径よりも大きくなるように形成され、端部に位置するシート状ゴム１３によって鋼板１２に作用する荷重を受けるようになっている。そして中央凹部１７ｂ，１８ｂは、その内径が、限界せん断ひずみを±γとすれば、積層ゴム１５の外径より大きく、かつ鋼板１２の外径に相当する長さとシート状ゴム１３の厚さの２γ倍に相当する長さとの和に相当する長さよりも小さく設定されていることが望ましい。
【００３７】
よって、前記想定条件の下では、中央凹部１７ｂ，１８ｂの内径は、積層ゴム１５の外径より大きく、かつ鋼板１２の外径とシート状ゴム１３の厚さの８倍の長さとの和に相当する長さよりも小さくなるように設定されていることが望ましい。
【００３８】
続いて、上記免震装置１の性能について行った試験について説明する。
（試料）
▲１▼天然ゴム系のシート状ゴム１１，１３と鋼板１２（直径Ｄ１＝７００ｍｍ、厚さｔ１＝３．１ｍｍ）を積層し、積層ゴム１５の直径Ｄ２を７２０ｍｍとして実施した。なお、上下フランジ鋼板１７，１８は直径Ｄ３＝１１００ｍｍで、厚さｔ２＝が３８ｍｍである。被覆ゴム１６の厚さＷは１０ｍｍである。
▲２▼中央凹部１７ｂ，１８ｂの深さｄを、シート状ゴム１１，１３の厚さｔ３（＝４．７ｍｍ）よりも小さく、４ｍｍに設定した。中央凹部１７ｂ，１８ｂの外周部分を被覆ゴム１６の外径位置からテーパー形状とし、それが水平面となす角度θをｔａｎθ＝１／４に設定した。なお、テーパ面の外径Ｄ４は７５２ｍｍである。
▲３▼被覆ゴム１６の延長部分１６ａ（厚さｔ４＝２ｍｍ）は中央凹部１７ｂ，１８ｂを覆う位置まで延出し、その直径Ｄ５を７５６ｍｍとし、被覆ゴム１６の外周部分と延長部分１６ａとの接続部分は半径Ｒ＝１０ｍｍの湾曲面となっている。
（試験）
上記試料（免震装置）に対し、面圧３０ＭＰａ、変形量（せん断ひずみ換算）±４００％の条件で負荷を載荷した後、外観形状を確認したところ、延長部分１６ａ（フィレット部）の異常な膨れも発生することなく、積層ゴム１５の上下端部の形状が維持された。
【００３９】
以上より、高面圧ー高ひずみにおいても性能上、外観上いずれも異常なく、信頼性の高い製品をユーザーに提供することが可能となった。
【００４０】
前記実施の形態においては、中央凹部１７ｂ，１８ｂの外周部分はテーパ面としているが、積層ゴム１５の上下端部それぞれが嵌り込む凹部であれば、せん断変形を抑制する効果を発揮するので、必ずしもそのようなテーパ面を形成する必要はない。
【００４１】
【発明の効果】
この発明は、上側フランジ鋼板の下面及び下側フランジ鋼板の上面の中央凹部に積層ゴムの上下端部をはめ込み、その中央凹部内に積層ゴムの上下端部を位置させるようにしているので、簡単な構造で、積層ゴムの上下端部付近のせん断変形を強制的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施の形態である免震装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】前記装置の要部を拡大して示す拡大図である。
【符号の説明】
１    免震装置
１１    シート状ゴム
１２    鋼板
１３    シート状ゴム
１５    積層ゴム
１６    被覆ゴム
１７，１８    フランジ鋼板
１７ａ    下面
１８ａ    上面
１８ｂ，１８ｂ    中央凹部
１７ｃ，１８ｃ    テーパ面
【図１】
2004278671.tif 000003
【図２】
2004278671.tif 000004