(57)【要約】【課題】鉛に代わる超塑性を有し、かつ環境等の問題が生じない代替材料をエネルギー吸収材として用いるようにした高減衰支承装置を提供する。【解決手段】複数のゴム板４と複数の鋼板５とを積層してなる高減衰支承装置であって、上記各ゴム板４と各鋼板５とに、それらの厚み方向に沿って貫通する貫通孔４ａ，５ａが穿設され、上記貫通孔４ａ，５ａに超塑性プラスチック製のプラグ６が埋設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のゴム板と複数の硬質層とを積層してなる高減衰支承装置であって、上記各ゴム板と各硬質層とに、それらの厚み方向に沿って貫通する貫通孔が穿設され、上記貫通孔に超塑性プラスチックが埋設されていることを特徴とする高減衰支承装置。
【請求項２】
上記超塑性プラスチックがＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を主原料とするプラスチックである請求項１記載の高減衰支承装置。
【請求項３】
高減衰支承装置を橋梁用支承もしくは建築用支承として用い、高減衰支承装置の等価減衰定数が１０〜６４％で、上記せん断方向の変形量が２０〜４００％で、上記貫通孔の個数が１〜１２個である請求項１または２記載の高減衰支承装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛プラグ入りゴム支承（以下、ＬＲＢ〔Ｌｅａｄ  Ｒｕｂｂｅｒ  Ｂｅａｒｉｎｇ〕という）に代えて用いることができる高減衰支承装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、土木用，建築用等の構造物に対する免震支承化は、ライフラインの確保と効率性の観点から進められており、また、免震支承の技術も、分散支承から高減衰支承へと変化している。この高減衰支承においては、積層ゴム体を用いた支承として、大きく分けてＬＲＢ（図１０参照）と高減衰ゴム支承（ＨＤＲ〔Ｈｉｇｈ  Ｄａｍｐｉｎｇ  Ｒｕｂｂｅｒ〕）との２種類があるが、ＬＲＢは、エネルギー吸収機構として、鉛２１（図１０参照）の塑性変形性能を利用（図１１参照。図１１において、斜線の面積が塑性変形によるエネルギー吸収量になる）したものであり、高減衰（等価減衰定数１５〜３０％）であることから、高減衰支承の市場において主流となっている。図１０において、２２，２３は上下一対の鋼板で、２４は積層ゴム体である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のＬＲＢでは、エネルギー吸収材として鉛を用いているため、環境および廃棄における社会的な課題を抱えている。すなわち、鉛は、鉛中毒で知られる有毒物質であり、土木，建築等公共性の高い構造物に対し免震材料として用いるべきではないという問題を有している。そこで、鉛に代わる超塑性を有し、かつ環境等の問題が生じない代替材料をエネルギー吸収材として用いるようにした高減衰支承装置の提案が待ち望まれている。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、鉛に代わる超塑性を有し、かつ環境等の問題が生じない代替材料をエネルギー吸収材として用いるようにした高減衰支承装置の提供をその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の高減衰支承装置は、複数のゴム板と複数の硬質層とを積層してなる高減衰支承装置であって、上記各ゴム板と各硬質層とに、それらの厚み方向に沿って貫通する貫通孔が穿設され、上記貫通孔に超塑性プラスチックが埋設されているという構成をとる。
【０００６】
すなわち、本発明の高減衰支承装置では、積層される複数のゴム板と複数の硬質層とに、それらの厚み方向に沿って穿設された貫通孔に、本発明者が、高減衰支承装置に適するとして見い出した、超塑性プラスチックを埋設しているため、この超塑性プラスチックが有する塑性変形性能により、高減衰支承が可能になる。例えば、超塑性プラスチックの塑性域における荷重−歪み関係を適宜設計することにより、等価減衰定数１０〜６４％の範囲の高減衰支承が可能になる。しかも、超塑性プラスチックとして、有機材料で、かつ熱可塑性であるプラスチックを用いることにより、環境等の問題を生じることがなくなるうえ、軽量であり、作業性が向上するという効果が得られる。
【０００７】
ここで、本発明における「超塑性プラスチック」とは、超塑性の性質を示す熱可塑性プラスチック（合成樹脂）を指す。また、「超塑性の性質を示す」とは、つぎの４つの性質を示すことである。すなわち、▲１▼弾性域が歪み率で２０％未満であること。▲２▼引張降伏強さが１０ＭＰａ以上であること。▲３▼破壊伸びが２００％以上で、そのうち塑性変形域が全体の８０％以上を占めること。▲４▼引張破壊強さが１０ＭＰａ以上であること。
【０００８】
具体的には、上記の「超塑性プラスチック」とは、例えば、つぎの２つの技術の内のいずれか一方もしくは双方の技術で構成される材料のことである。すなわち、第１に、ポリマーアロイまたはポリマープレンド技術によって作製された２成分以上のポリマーで構成されるものであり、第２に、有機・無機フィラーがナノサイズ（１０〜１００ｎｍの範囲）で高分散され、その充填量が全体の１〜３００重量％で、好ましくは、１〜１００重量％であるものである。このような「超塑性プラスチック」として、未来化成社製のアスワン（Ｒ）があげられる。このアスワンは、使用済みペット（ＰＥＴ）ボトルを砕いたフレークを主原料とし、上記技術によって高分散されされたプラスチックである。
【０００９】
本発明において、高減衰支承装置を橋梁用支承もしくは建築用支承として用いる場合において、上記高減衰支承装置の等価減衰定数が１０〜６４％で、上記せん断方向の変形量が２０〜４００％で、上記貫通孔の個数が１〜１２個であると、橋梁用支承もしくは建築用支承として好適に用いることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
【００１１】
図１は本発明の高減衰支承装置の一実施の形態を示している。この実施の形態では、高減衰支承装置として、橋梁用のものが用いられている。図において、１，２は長方形状平板体からなる上下一対の鋼板（厚み３２ｍｍ）であり、３は上記両鋼板１，２間に配設され上記両鋼板１，２に接着，一体化された積層ゴム体である。上記上側鋼板１には、その上面の中央部に、橋梁の橋桁の取付面（上側鋼板１の上面に載置する面）に設けた凸部（図示せず）に嵌合する凹部１ａが形成されており、その下面には、後述する４つのプラグ６の上端部に嵌合する４つの凹部１ｂが仮想同一円周上に形成されている（図２参照）。また、上記下側鋼板２には、その上面の、上記各凹部１ｂに対応する部分に、上記各プラグ６の下端部に嵌合する４つの凹部２ａが形成されている。
【００１２】
上記積層ゴム体３は、略直方体に形成されており、複数枚（この実施の形態では、９枚）の長方形状平板体の天然ゴム製ゴム板４（厚み８ｍｍ程度）と、各ゴム板４間に配設され各ゴム板４に接着，一体化された複数枚（この実施の形態では、８枚）の長方形状平板体の鋼板（硬質層）５（厚み３ｍｍ程度）とを備えており、これら各ゴム板４，各鋼板５に、それらの厚み方向（すなわち、上下方向）に沿って同心状に貫通する複数個（この実施の形態では、４個）の円形の貫通孔４ａ，５ａがそれぞれ同形状に穿設されている（図１および図３参照）。そして、これら各貫通孔４ａ，５ａに、円柱形状からなる複数本（この実施の形態では、４本）の超塑性プラスチック製のプラグ６が埋設されている。この実施の形態では、上記各プラグ６として、未来化成社製のアスワンを上記形状に成形加工したものを用いている。
【００１３】
また、この実施の形態では、上記高減衰支承装置を橋梁用として用いるため、上記各ゴム板４のせん断ばね定数を２．３×１０4 Ｎ／ｃｍに、上記各プラグ６の降伏応力を１４ＭＰａに、高減衰支承装置の等価減衰定数を２０％に設定している。また、上記高減衰支承装置のせん断方向の変形量（すなわち、上記各プラグ６のせん断方向の変形量〔せん断歪み〕）を１７５％に設定している。
【００１４】
上記のように、この実施の形態では、各ゴム板４および各鋼板５に穿設した各貫通孔４ａ，５ａに、超塑性プラスチック製のプラグ６を埋設しているため、このプラグ６が有する塑性変形性能により、高減衰支承が可能になる。しかも、上記各プラグ６は、使用済みペットボトルを砕いたフレークを主体とするものであり、リサイクル性に富んでおり、かつ軽量である。
【００１５】
図４は本発明の高減衰支承装置の他の実施の形態を示している。この実施の形態では、高減衰支承装置として、建築用（例えば、住宅用）のものが用いられている。図において、１１，１２は長方形状平板体からなる上下一対の鋼板（厚み２０ｍｍ）であり、１３は上記両鋼板１１，１２間に配設され上記両鋼板１１，１２に接着，一体化された積層ゴム体である。上記上側鋼板１１には、その下面の中央部に、後述するプラグ１６の上端部に嵌合する凹部１１ａが形成されている（図５参照）。また、上記下側鋼板１２には、その上面の中央部（上記凹部１１ａに対応する部分）に、上記プラグ１６の下端部に嵌合する凹部１２ａが形成されている。
【００１６】
上記積層ゴム体１３は、略直方体に形成されており、複数枚（この実施の形態では、８枚）の長方形状平板体の天然ゴム製のゴム板１４（厚み１０ｍｍ程度）と、各ゴム板１４間に配設され各ゴム板１４に接着，一体化された複数枚（この実施の形態では、７枚）の長方形状平板体の鋼板（硬質層）１５（厚み３ｍｍ程度）とを備えており、これら各ゴム板１４，各鋼板１５の中央部に、それらの厚み方向（すなわち、上下方向）に沿って同心状に貫通する円形の貫通孔１４ａ，１５ａがそれぞれ同形状に穿設されている（図４および図６参照）。そして、これら各貫通孔１４ａ，１５ａに、円柱形状からなる超塑性プラスチック製のプラグ１６が埋設されている。この実施の形態でも、上記各プラグ１６として、未来化成社製のアスワンを上記形状に成形加工したものを用いている。
【００１７】
また、この実施の形態では、上記高減衰支承装置を建築用として用いるため、上記各ゴム板１４のせん断ばね定数を２７０Ｎ／ｃｍに、上記プラグ１６の降伏応力を１４ＭＰａに、上記高減衰支承装置の等価減衰定数を３０％に設定している。また、上記高減衰支承装置のせん断方向の変形量（すなわち、上記プラグ１６のせん断方向の変形量〔せん断歪み〕）を２００％に設定している。この実施の形態でも、上記実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
【００１８】
上記両高減衰支承装置の免震効果を調べるため、つぎの実験を行った。すなわち、静的な二軸加力試験機（鷲宮製作所製の形式ＬＨＶ−II）を用い、加力条件は、面圧：０〜１０Ｐａ、周波数：０．０１Ｈｚ、せん断方向の変形量：１７５〜２００％に設定した。また、プラグ１６の形状は直径３０ｍｍの円柱形状とし、橋梁用試験体は４本用い、建築用試験体は１本用いた。その実験の結果を、下記の表１に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
上記の表１から明らかなように、上記両高減衰支承装置は、その等価減衰定数が、橋梁用試験体では１６．２％で、建築用試験体では２６．８％であり、免震効果に優れていることが判る。
【００２１】
上記の等価剛性，等価減衰定数は、下記の数式（１）および（２）で表わされる。
【００２２】
等価剛性：Ｋｅｑ＝（Ｑｍａｘ−Ｑｍｉｎ）／２δｄ（Ｎ／ｍ）  …（１）
等価減衰定数：Ｈｅｑ＝（ΔＷ／４πＷ）×１００（％）        …（２）
〔上記数式において、Ｑｍａｘ，Ｑｍｉｎ，δｄは図７参照。また、Ｗ＝Ｋｅｑδｄ2 ／２、エネルギー吸収量：ΔＷ（図７における斜線の面積）＝２π2 ｆＣｅｑδｄ2 を示し、Ｃｅｑ：等価粘性減衰係数（Ｎ・ｓ／ｍ）、ｆ：加振周波数（Ｈｚ）である〕
【００２３】
一方、合成された系（図８参照）の場合では、そのエネルギー吸収量は、ΔＷ＝４ＱＳｐｄ〔Ｑ：超塑性プラスチックのせん断降伏応力、Ｓｐ：超塑性プラスチックの断面積（図９参照）〕で求められる。また、上記系の等価剛性は、下記の数式（３）で表わされる。したがって、上記系の等価減衰定数は、下記の数式（４）で表わされる。
【００２４】
Ｋｅｑ＝ＧＳｇ／Ｌ＋ＱＳｐ／ｄ（Ｎ／ｍ）                    …（３）
Ｈｅｑ＝（４ＱＳｐｄ／２πＫｅｑｄ2 ）×１００＝（２ＱＳｐ／πＫｅｑｄ）×１００（％）                                              …（４）
〔上記数式において、Ｇ：ゴムのせん断弾性率、Ｓｇ：ゴム分の断面積、Ｌ：高さ（図９参照）である。〕
【００２５】
なお、上記両実施の形態では、各プラグ６，１６は円柱形状に形成されているが、これに限定されるものではなく、角柱形状等どのような柱形状に形成されていてもよい。また、上記積層ゴム体３，１３は略直方体に形成されているが、円柱形状等どのような形状に形成されていてもよい。また、上記各鋼板１，２，５，１１，１２，１５は長方形状平板体に形成されているが、どのような形状に形成されていてもよい。
【００２６】
また、図１に示す実施の形態では、上記各ゴム板４のせん断ばね定数を２．３×１０4 Ｎ／ｃｍに設定しているが、１．０×１０4 〜１．０×１０5 Ｎ／ｃｍの範囲に設定することができる。また、上記各プラグ６の降伏応力を１４ＭＰａに設定しているが、５〜２０ＭＰａの範囲に設定することができる。一方、図４に示す実施の形態では、上記各ゴム板１４のせん断ばね定数を２７０Ｎ／ｃｍに設定しているが、２００〜１０００Ｎ／ｃｍの範囲に設定することができる。また、上記プラグ１６の降伏応力を１４ＭＰａに設定しているが、５〜２０ＭＰａの範囲に設定することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の高減衰支承装置によれば、交互に積層される複数のゴム板と複数の硬質層とに（それらの厚み方向に沿って）穿設された貫通孔に、超塑性プラスチックを埋設しているため、この超塑性プラスチックが有する塑性変形性能により、環境等の問題を生じることなく、軽量で作業性も良好な、高減衰支承が可能になる。例えば、超塑性プラスチックの塑性域における応力−歪み関係を適宜設計することにより、等価減衰定数１０〜６４％の範囲の高減衰支承が可能になる。しかも、超塑性プラスチックとして、有機材料で、熱可塑性であるＰＥＴを用いることにより、ペットボトルを回収しリサイクルして使用するというリサイクル性に富むようになる。
【００２８】
本発明において、高減衰支承装置を橋梁用支承もしくは建築用支承として用いる場合において、上記高減衰支承装置の等価減衰定数が１０〜６４％で、上記せん断方向の変形量が２０〜４００％で、上記貫通孔の個数が１〜１２個であると、橋梁用支承もしくは建築用支承として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高減衰支承装置の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】上側鋼板を下から見た図である。
【図３】鋼板の平面図である。
【図４】本発明の高減衰支承装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】上側鋼板を下から見た図である。
【図６】鋼板の平面図である。
【図７】ゴム支承における水平荷重−水平変形量関係を示す図である。
【図８】合成された系における荷重−歪み関係を説明する図である。
【図９】Ｓｐ，Ｓｇ，Ｌの説明図である。
【図１０】従来例を示す断面図である。
【図１１】鉛の塑性域における荷重−歪み関係を示す図である。
【符号の説明】
４  ゴム板
４ａ  貫通孔
５  鋼板
５ａ  貫通孔
６  プラグ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年5月14日(2003.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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