(57)【要約】【課題】鉛芯材の拘束能力を超えるような大水平変形力により鉛芯材の一部分が接着界面に食い込んだとしても、その食い込み部からの破断の進行を食い止めて全体の破断変形能力、ひいては耐久性の著しい向上が図れるようにする。【解決手段】複数の弾性ゴム層１と薄肉剛性板２が交互に積層され、積層方向両端には厚肉剛性板４が接着配置されている積層ゴム本体３の中央部の貫通孔７に円柱状鉛芯材８が挿入されてなる積層ゴム支承装置２０において、厚肉剛性板４のこれに接する弾性ゴム層１との接着界面ｂで円柱状鉛芯材８の周辺部に座ぐり加工によって環状段差９を形成している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の弾性ゴム層と薄肉剛性板とを交互に積層し、その積層方向の両端に厚肉剛性板を接着配置してなる積層ゴム本体の中央部またはその周辺部に、厚肉剛性板を含めて積層方向に貫通する孔が形成され、この貫通孔に柱状の鉛芯材を挿入して構成される鉛芯材入り積層ゴム支承装置であって、
上記厚肉剛性板の弾性ゴム層との接着界面で柱状鉛芯材の周辺部に座ぐり加工により環状段差を形成していることを特徴とする鉛芯材入り積層ゴム支承装置。
【請求項２】
上記環状段差は、その内径が柱状鉛芯材の外径の１．０２〜１．２倍、深さが薄肉剛性板の厚みの０．１〜２．０倍の大きさに設定されている請求項１に記載の鉛芯材入り積層ゴム支承装置。
【請求項３】
上記柱状鉛芯材の外周面と貫通孔の内周面との間の環状空間部内には、積層ゴム本体のせん断変形時に鉛芯材を拘束する筒形の拘束部材が介在され、この筒形拘束部材の周辺部に上記環状段差が形成されている請求項１または２に記載の鉛芯材入り積層ゴム支承装置。
【請求項４】
上記筒形拘束部材が、互いに密に隣接させて螺旋状に巻き付けたスチールコードとこの螺旋状のスチールコードの内外周面に配置され該スチールコードに加硫接着により一体化された内外周ゴム層とから構成されている請求項３に記載の鉛芯材入り積層ゴム支承装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば各種建築物の免震構造体あるいは橋梁等の土木構築物の支承体として用いられる鉛芯材入り積層ゴム支承装置に関する。詳しくは、地震等によって加わる振動エネルギーを、弾性ゴム層のせん断変形特性及び鉛の減衰特性を利用して吸収し減衰するように、複数の弾性ゴム層と薄肉剛性板とを交互に積層し、その積層方向の両端に厚肉剛性板を接着配置してなる積層ゴム本体の中央部またはその周辺部に、厚肉剛性板を含めて積層方向に貫通する孔を形成し、この貫通孔に柱状の鉛芯材を挿入して構成される鉛芯材入り積層ゴム支承装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の鉛芯材入り積層ゴム支承装置においては、地震等によって積層ゴム本体が繰り返して水平変形したとき、この積層ゴム本体を構成する鋼板等の薄肉剛性板が鉛芯材に食い込んで鉛芯材または薄肉剛性板が局部変形したり、鉛芯材が積層ゴム本体の弾性ゴム層に食い込んで弾性ゴム層を損傷したりして、せん断変形特性あるいは減衰特性が損なわれて長期に亘って所期の振動エネルギー吸収・減衰性能を保持することができないという問題がある。
【０００３】
かかる問題を解消する手段として、従来、薄肉剛性板間の弾性ゴム層内に柱状鉛芯材の外周辺部を取り囲んで該鉛芯材を拘束するように中間補強プレートをリング状に配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３５５６７７号公報（図１〜図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成の従来の鉛芯材入り積層ゴム支承装置では、せん断変形試験や実設置使用状態での水平変形時に薄肉剛性板が鉛芯材に食い込んだり、鉛芯材が弾性ゴム層に食い込んだりすることをリング状中間補強プレートによって防止して、所期の振動エネルギー吸収・減衰性能の低下を抑制することが可能である。
【０００６】
しかしながら、リング状中間補強プレートによる鉛芯材の拘束能力を超えるような大きな水平変形力が加わった場合、図８に明示するように、積層された複数の薄肉剛性板２よりも剛性が大きい積層方向両端の厚肉剛性板４とそれに接する弾性ゴム層１との接着界面ｂに応力が集中して鉛芯材８の一部分８ａが先尖り状態で食い込み、この食い込んだ先尖り鉛部分８ａの楔作用によって、その食い込み部が起点となって矢印ｘで示す装置外側に向けて破断が急速に進行するといった内部破壊が起こりやすく、したがって、装置全体としての破断変形能力が乏しく、強大な水平変形力を繰り返し受ける条件下で設置使用される、この種の装置の耐久性の面で大きな問題が残されていた。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、鉛芯材の拘束能力を超えるような大きな水平変形力が加わって鉛芯材の一部分が接着界面に食い込んだとしても、その食い込み部からの破断の進行を食い止めて全体の破断変形能力、ひいては耐久性の著しい向上を図ることができる鉛芯材入り積層ゴム支承装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置は、複数の弾性ゴム層と薄肉剛性板とを交互に積層し、その積層方向の両端に厚肉剛性板を接着配置してなる積層ゴム本体の中央部またはその周辺部に、厚肉剛性板を含めて積層方向に貫通する孔が形成され、この貫通孔に柱状の鉛芯材を挿入して構成される鉛芯材入り積層ゴム支承装置であって、上記厚肉剛性板の弾性ゴム層との接着界面で柱状鉛芯材の周辺部に座ぐり加工により環状段差を形成していることを特徴とするものである。
【０００９】
上記のごとき構成を有する本発明によれば、せん断変形試験や実設置使用状態で鉛芯材の拘束能力を超えるような大きな水平変形力が加わった時、その水平変形に伴い鉛芯材がせん断塑性変形して最も剛性の高い厚肉剛性板とこれに接する弾性ゴム層との接着界面に鉛芯材の一部分が食い込むことになるが、この際、その食い込み鉛部分が環状段差の内周面で受け止められてそれ以上の食い込みが阻止されるとともに、食い込み鉛部分の楔作用による破断の進行方向が接着界面に対して直交する方向に切り替えられることになる。したがって、食い込みに伴う破断が装置外側に向けて急速に進行するといった内部破壊を抑制して装置全体の破断変形能力の向上が図れ、鉛芯材入り積層ゴム支承装置の耐久性を高めて所期の振動エネルギー吸収・減衰性能を長期に亘って安定よく保持することが可能である。
【００１０】
本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置における上記環状段差として、その内径が柱状鉛芯材の外径の１．０２倍未満で、かつ、深さが薄肉剛性板の厚みの０．１倍未満の場合は、大変形時に接着界面への食い込み鉛部分を十分に受け止めることができず、また、その内径が柱状鉛芯材の外径の１．２倍を超え、かつ、深さが薄肉剛性板の２．０倍を超える場合は、食い込みに伴って界面に沿って急速に進行する破断力を止めることができない。かかる観点からみて上記環状段差としては、その内径が柱状鉛芯材の外径の１．０２〜１．２倍、深さが薄肉剛性板の厚みの０．１〜２．０倍の大きさに設定されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置において、請求項３に記載のように、上記柱状鉛芯材の外周面と貫通孔の内周面との間の環状空間部内に、積層ゴム本体のせん断変形時に鉛芯材を拘束する筒形の拘束部材が介在され、この筒形拘束部材の周辺部に上記環状段差が形成された構成とすることが望ましい。この場合は、大きな水平変形力が加わって鉛芯材がせん断塑性変形するとき、その鉛芯材の全外周面が筒形拘束部材で常時拘束されたままであるため、複数の薄肉剛性板が鉛芯材に食い込んだり、鉛芯材が複数の弾性ゴム層に食い込んだりすることを防止できるのはもとより、厚肉剛性板とこれに接する弾性ゴム層との接着界面に鉛芯材の一部分及びその部分を覆う拘束部材の一部分が食い込むことがあってもそれ以上の食い込み及び食い込み部分の楔作用による破断の進行を環状段差で防止でき、これら食い込み防止作用と接着界面での破断の進行防止作用との相乗によって、装置の破断変形能力、ひいては、耐久性を一段と向上することができる。
【００１２】
特に、上記の筒形拘束部材が介在されている鉛芯材入り積層ゴム支承装置における筒形拘束部材として、請求項４に記載のように、互いに密に隣接させて螺旋状に巻き付けたスチールコードとこの螺旋状のスチールコードの内外周面に配置され該スチールコードに加硫接着により一体化された内外周ゴム層とから構成されたものを用いることによって、螺旋状スチールコードが有する水平方向への大きな変形能力により履歴復元特性を良好に維持しつつ、破断せん断ひずみ及び破断水平変位を大きく確保することができるとともに、大きな水平変形時における鉛芯材の拘束性を十分に発揮させることができて、振動エネルギー吸収・減衰性能の一層の安定保持性を高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。
図１は本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置の第１実施例を示す全体縦断面図、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿った横断面図であり、この第１実施例の鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０は、複数の弾性ゴム層１…と薄鋼板からなる複数枚の薄肉剛性板２…及び上下の厚肉剛性板（フランジ）４，４とを上下交互に配置して積層し、かつ、それら積層物（弾性ゴム層１…、薄肉剛性板２…及び厚肉剛性板４，４）の全外周に被覆ゴム１Ａを配置し、これらを加硫接着により一体化してなる積層ゴム本体３の上下厚肉剛性板４，４の外面に、上部構造物Ａ及び下部構造物ＢにアンカーＣ，Ｃ等を介して固定支持可能な取付板５，５がせん断キー６，６により固定接合されて構成されている。
【００１４】
上記積層ゴム本体３の中央部には、上下の厚肉剛性板４，４を含めて積層方向に貫通する貫通孔７が形成されており、この貫通孔７内の全域に円柱状の鉛芯材８が挿入されているとともに、この円柱状鉛芯材８の上下両端の外周面が厚肉剛性板４，４の貫通孔７部分の内周面に接着固定されている。
【００１５】
上記構成の鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０において、上記厚肉剛性板４，４のそれらに接する上下端の弾性ゴム層１，１との接着界面ｂで柱状鉛芯材８の外周辺部には、図３及び図４に明示するように、座ぐり加工によって環状段差９，９が形成されており、この環状段差９，９内には、上下端の弾性ゴム層１，１の一部１ａ，１ａを入り込ませて接着している。また、各環状段差９，９は、その内径ｄ１が柱状鉛芯材８の外径ｄの１．０２〜１．２倍で、かつ、その深さｔ１が薄肉剛性板２…の厚みｔの０．１〜２．０倍の範囲内の大きさに設定されている。なお、図３及び図４は積層方向の一端側のみを示しており、以下の説明ではその一端側についてのみ記述するが、両端共に同様な構成を有し、同様に変形動作するものである。
【００１６】
上記のように構成された鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０は、図１に示すように、上部構造物Ａと下部構造物Ｂの間に介在された状態で設置使用され、この実設置使用状態で、地震の発生等によって下部構造体Ｂに振動力が入力されると、上部構造体Ａが相対的に水平方向に変位し、これに伴って、積層ゴム本体３が弾性せん断変形することで振動エネルギーを吸収して上部構造物Ａに伝達するといったような免震作用を発揮する。一方、積層ゴム本体３のせん断変形に伴って鉛芯材８もせん断塑性変形し、その塑性変形によって振動エネルギーが減衰されることになる。
【００１７】
このような振動エネルギー吸収・減衰機能を発揮する鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０において、通常時、つまり、非変形時には、図３に示すように、厚肉剛性板４に形成されている環状段差９内にその厚肉剛性板４に接する弾性ゴム層１の一部１ａが入り込んでおり、鉛芯材８は複数の弾性ゴム層１…により拘束されている。そして、製品（鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０）のせん断変形試験や実設置使用状態で鉛芯材８の拘束能力を超えるような大きな水平変形力が加わり、これに伴い鉛芯材８が大きくせん断塑性変形した時には、図４に示すように、厚肉剛性板４とこれに接する弾性ゴム層１との接着界面ｂに鉛芯材８の一部分８ａが食い込むことになる。
【００１８】
この場合、上記接着界面ｂへの食い込み鉛部分８ａは環状段差９の内周面で受け止められてそれ以上の食い込みが防止されるとともに、食い込み鉛部分８ａの楔作用による破断の進行方向が図４の矢印ｙで示すごとく接着界面ｂに対して直交する方向に切り替えられることになる。したがって、大きな水平変形力に伴って鉛芯材８の一部分８ａが接着界面ｂに食い込んだとしても、それ以上の食い込み及び破断が装置外側に向けて急速に進行することに起因する内部破壊が抑制されることになり、装置全体の破断変形能力の向上により鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０の耐久性を高めて所期の振動エネルギー吸収・減衰性能を長期に亘って安定よく保持することができる。
【００１９】
図５は本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置の第２実施例を示す全体縦断面図である。この第２実施例の鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０は、積層ゴム本体３の中央部に上下の厚肉剛性板４，４を含めて積層方向に貫通形成した貫通孔７の内周面とこの貫通孔７内の全域に挿入した柱状鉛芯材８の外周面との間の環状空間１０内に、積層ゴム本体３が地震等によって水平力を受けてせん断変形する時に鉛芯材８を拘束して該鉛芯材８が弾性ゴム層１…に食い込んだり、薄肉剛性板２…が鉛芯材８に食い込んだりすることを防止するための筒形拘束部材１１を介在させ、この筒形拘束部材１１の外周辺部に上記第１実施例と同様に、座ぐり加工によって環状段差９，９を形成したものであり、その他の構成は第１実施例と同一であるため、該当部材及び該当部位に同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００２０】
この第２実施例で用いる筒形拘束部材１１としては、図７に明示するように、ゴム１２でトッピングされた二束の撚線１３，１３を単位構成幅２Ｗとするスチールコード１４を積層ゴム本体３の内外方向で互いに密接させて二列に配置（二プライ）した上、内外二列のスチールコード１４ｉ，１４ｏのそれぞれを、図６に示すように、互いに隙間なく密に隣接させて螺旋状に巻き付け、そのうち内側列の螺旋状スチールコード１４ｉの内周面に、鉛芯材８の外径と等しい内径を有する内周ゴム層１５を、かつ、外側列の螺旋状スチールコード１４ｏの外周面に、貫通孔７の内径と等しい外径を有する外周ゴム層１６をそれぞれ配置するとともに、これら内周ゴム層１５及び外周ゴム層１６を螺旋状スチールコード１４ｉ，１４ｏのトッピングゴム１２に加硫接着することにより、それら内，外ゴム層１５，１６と螺旋状スチールコード１４ｉ，１４ｏとを一体化して作製されている。また、このように作製された筒形拘束部材１１は、上記環状空間１０内に挿入してその外周ゴム層１６を積層ゴム本体３の弾性ゴム層１…に加硫接着している。なお、各螺旋状スチールコード１４（１４ｉ，１４ｏ）の単位構成となる撚線１３は、直径が約０．１５ｍｍ程度の数十本の金属細線１３ａ…を撚ったものである。
【００２１】
上記のように構成された第２実施例の鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０も、上記第１実施例と同様に、上部構造物Ａと下部構造物Ｂの間に介在された状態で設置使用され、積層ゴム本体３の弾性せん断変形による振動エネルギーの吸収機能及び鉛芯材８のせん断塑性変形による振動エネルギーの減衰機能を発揮する。
【００２２】
このとき、大きな水平変形力が加わって鉛芯材８がせん断塑性変形した場合もその鉛芯材８の全外周面が筒形拘束部材１１で常時拘束されたままであるため、複数の薄肉剛性板２…が鉛芯材８に食い込んだり、鉛芯材８が複数の弾性ゴム層１…に食い込んだりすることを防止できるだけでなく、厚肉剛性板４とこれに接する弾性ゴム層１との接着界面ｂに鉛芯材８の一部分８ａ及びその部分８ａを覆う筒形拘束部材１１の一部分１１ａが食い込むことがあってもそれ以上の食い込み及び食い込み部分の楔作用による破断の進行も防止できるのであり、それらの相乗によって、装置の破断変形能力、ひいては、耐久性を一段と向上することができる。
【００２３】
特に、筒形拘束部材１１として、互いに密に隣接させて螺旋状に巻き付けたスチールコード１４ｉ，１４ｏとそれら螺旋状スチールコード１４ｉ，１４ｏの内外周面にゴム層１５，１６を加硫接着により一体化したものを使用することによって、螺旋状スチチールコード１４が有する水平方向への大きな変形能力により履歴復元特性を良好に維持しつつ、破断せん断ひずみ及び破断水平変位を大きく確保することができるとともに、大きな水平変形時における鉛芯材８の拘束性を十分に発揮させることができ、振動エネルギー吸収・減衰性能を一層安定保持することができる。
【００２４】
なお、上記第２実施例では、筒形拘束部材１１として、積層ゴム本体３の内外方向で互いに密接させて二列に配置した内外のスチールコード１４ｉ，１４ｏをそれぞれ互いに隙間なく密に隣接させて螺旋状に巻き付けてなる二プライ構成のものを用いたが、ゴム１２でトッピングされた二束の撚線１３，１３を単位構成幅２Ｗとする一列のスチールコード１４のみを互いに隙間なく密に隣接させて螺旋状に巻き付け、この螺旋状スチールコード１４の内外周面に内，外ゴム層１５，１６を加硫接着してなる一プライ構成のものであってもよい。
【００２５】
また、上記の第１，第２実施例では、柱状の鉛芯材８を挿入するための貫通孔７が積層ゴム本体３の中央部に形成されたもので説明したが、積層ゴム本体３の全体を四角柱形状とし、この積層ゴム本体３の中央部の周辺に円周方向に等間隔で複数の貫通孔７を形成し、これら貫通孔７内にそれぞれ鉛芯材８を挿入するとともに、各鉛芯材８の外周辺部に対応する厚肉剛性板４の複数箇所にそれぞれ環状段差９を形成したものであってもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、積層ゴム本体の積層方向両端に接着配置される厚肉剛性板のこれに接する弾性ゴム層との接着界面で柱状鉛芯材の周辺部に座ぐり加工によって環状段差を形成するといった簡単な構造改良を施すだけで、せん断変形試験や実設置使用状態で鉛芯材の拘束能力を超えるような大きな水平変形力が加わって鉛芯材の一部分が剛性の高い厚肉剛性板とこれに接する弾性ゴム層との接着界面に食い込んだ際、その食い込み鉛部分を環状段差の内周面で受け止めてそれ以上の食い込み並びにその食い込み鉛部分の楔作用による装置外側に向けての急速な破断進行を防止して内部破壊を極力回避することが可能であり、これによって、装置全体の破断変形能力の著しい向上が図れ、鉛芯材入り積層ゴム支承装置全体の耐久性を高めて所期の振動エネルギー吸収・減衰性能を長期に亘って安定よく保持することができるという効果を奏する。
【００２７】
特に、請求項３に記載の構成を併用することによって、大きな水平変形時における薄肉剛性板の鉛芯材への食い込み及び鉛芯材の弾性ゴム層への食い込み防止機能と、環状段差による接着界面での破断防止機能との相乗によって、装置全体の破断変形能力、ひいては、耐久性の一段の向上を図ることができる。
【００２８】
また、食い込み防止に用いる筒形拘束部材として、請求項４に記載のような構成を採用することによって、螺旋状スチチールコードが有する水平方向への大きな変形能力により履歴復元特性を良好に維持しつつ、破断せん断ひずみ及び破断水平変位を大きく確保することができるとともに、大きな水平変形時における鉛芯材の拘束性を十分に発揮させることができて、振動エネルギー吸収・減衰性能の一層の安定保持性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置の第１実施例を示す全体縦断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿った横断面図である。
【図３】同上第１実施例の鉛芯材入り積層ゴム支承装置の非変形時における要部の拡大縦断面図である。
【図４】同上第１実施例の鉛芯材入り積層ゴム支承装置の水平変形時における要部の拡大縦断面図である。
【図５】本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置の第２実施例を示す全体縦断面図である。
【図６】同上第２実施例の鉛芯材入り積層ゴム支承装置の主要部である筒形拘束部材の拡大縦断面図である。
【図７】同上筒形拘束部材を構成するスチールコード単位体の拡大断面図である。
【図８】従来の鉛芯材入り積層ゴム支承装置の水平変形時における問題点を説明する要部の拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１  弾性ゴム層
２  薄肉剛性板
３  積層ゴム本体
４  厚肉剛性板
７  貫通孔
８  円柱状鉛芯材
９  環状段差
１０  環状空間
１１  筒形拘束部材
１１  トッピングゴム
１４，１４ｉ，１４ｏ  螺旋状スチールコード
１５  内周ゴム層
１６  外周ゴム層
２０  鉛芯材入り積層ゴム支承装置
【図１】
2004169759.tif 000003
【図２】
2004169759.tif 000004
【図３】
2004169759.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004169759.tif 000007
【図６】
2004169759.tif 000008
【図７】
2004169759.tif 000009
【図８】
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