(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、端部に位置する鋼板の塑性変形や被覆ゴムの異常な膨れなどを防止する。【解決手段】積層ゴム１５の中間部分は、ゴムシート１１の厚さがほぼ一様である中間積層部１５Ａである。その中間積層部１５Ａの上側及び下側に端部積層部１５Ｂを設ける。この端部積層部１５Ｂは、ゴムシートの厚さが中間積層部１５Ａのそれよりも薄く、上下端（フランジ鋼板１７，１８）側から中間積層部１５Ａに向かって徐々に厚くなるように変化している。【選択図】        図２
2004308861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴムシートと鋼板とが交互に積み重ねられ上下端がゴムシートとされる積層ゴムと、この積層ゴムの外周部分を覆う被覆ゴムと、前記積層ゴムの上下面に前記上下端のゴムシートを介して接合される上側および下側フランジ鋼板とが一体に成型されてなり、この上側および下側フランジ鋼板が上側およ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、
前記積層ゴムは、ゴムシートのシート厚さがほぼ一様である間と、この間の上下両側に設けられ間のゴムシートよりもシート厚さが薄く、前記フランジ鋼板側から間側に向かってゴムシートのシート厚さが間側ほど厚くなるように徐々に変化している端部積層部とを備えることを特徴とする免震装置。
【請求項２】
ゴムシートと鋼板とが交互に積み重ねられ上下端がゴムシートとされる積層ゴムと、この積層ゴムの上下面に前記上下端のゴムシートを介して接合される上側および下側フランジ鋼板とが一体に成型されてなり、前記積層ゴムを構成するゴムシートの外径とゴム総厚との比率が略４以上で、ゴムシート外径の０．７倍を超える剪断方向への変形が可能である免震装置において、
前記積層ゴムは、ゴムシートのシート厚さがほぼ一様である間と、この間の上下両側に設けられ中間積層部のゴムシートよりもシート厚さが薄く、ゴムシートのシート厚さが変化している端部積層部とを備え、
前記端部積層部は、それの積層数ｎ１を次式に基づき算出し、この端部積層部の各層の合計ゴム厚さを、前記積層ゴムの総ゴム厚さの０．１以下となるように設定すると共に、その合計ゴム厚さを、前記フランジ鋼板側から中間積層部に向かってゴムシートのシート厚さが中間積層部側ほど徐々に厚くなるように変化する構成とされていることを特徴とする免震装置。
【数１】
2004308861.tif 000010
【請求項３】
前記端部積層部でのゴム厚さの分配は、前記端部積層部の最もフランジ鋼板側の第１番目の層と最も中間積層部側の第ｎ１番目の層とのゴムシート厚さの関係が第１番目の層の厚さをａとすると、第ｎ１番目の層の厚さが（１．５〜３．０）ａとなるようなゴムシート厚さの比率とすると共に、第１番目と第ｎ１番目との層の間に位置する各層のゴムシート厚さは、残りのゴム厚さがフランジ鋼板側の層ほど薄くなるように分配されている請求項２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、ゴムシートと鋼板とが交互に積み重ねられ、上下端がゴムシートとさ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シート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前記上下端のゴムシートを介して取付用のフランジ鋼板が接合され、この上側及び下側フランジ鋼板に上側および下側の構造物が緊結される。また、耐候性を向上させるために積層ゴムの外周部分に高耐候性の被覆ゴムが配設されている。このような、積層ゴムと、被覆ゴムと、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、ゴムシートの厚さの総和（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〔剪断方向〕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、その内部に位置する鋼板、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シート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、上下厚肉フランジ鋼板間にゴム弾性層と薄肉補強板とが交互に鉛直方向に積層され、ゴム弾性層と薄肉補強板との間隔は上下部で密にし、中間部では間隔を疎にしてなるものが提案されている（例えば特許文献３参照）。
【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００２２〜００２４）
【特許文献３】
特開平８−６０７４６号公報（段落番号００１３，図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献２に記載のものは、上下部のゴム弾性層においては、その層厚は中間部分のゴム弾性層の層厚の半分を目安とされ、その層数は３〜７層の範囲とされている。ここで、上下部のゴム弾性層と中間部のゴム弾性層との境の部分では、ゴム弾性層の層厚が２倍に（あるいは１／２倍に）急激に変化するため、その影響をあまり受けないように、その層数を３〜７層の範囲にしていると考えられる。
【０００９】
一方、限界変形時に局部応力が非常に高くなる上下端部付近の範囲（以下影響範囲という）は、その影響範囲のゴム総厚が積層ゴムのゴム総厚の１０％を超えると、影響範囲内のゴムの負担応力が急激に増加して、影響範囲内の鋼板が塑性変形を引き起こす原因となったり、また、影響範囲のゴムが膨らみ出し外観に異常を来す原因となったりすることが知られている。
【００１０】
そこで、発明者は、そのような影響範囲を鋼板（積層ゴム）の変形との関係で決定し、その範囲おけるゴムシート厚さを積層ゴムの中間部分のゴムシート厚ささよりも単に薄くするだけでなく、影響範囲におけるゴムシート厚さを、端部側（フランジ鋼板側）から中間部分側に向かって徐々に厚くなるように変化させれば、上記特許文献２に記載のものよりも、限界変形時における剪断変形がスムーズに行われることに着想し、本発明をなすに至ったものである。
【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、端部に位置する鋼板の塑性変形や被覆ゴムの異常な膨れなどを防止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、ゴムシートと鋼板とが交互に積み重ねられ上下端がゴムシートとされる積層ゴムと、この積層ゴムの外周部分を覆う被覆ゴムと、前記積層ゴムの上下面に前記上下端のゴムシートを介して接合される上側および下側フランジ鋼板とが一体に成型されてなり、この上側および下側フランジ鋼板が上側およ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、前記積層ゴムは、ゴムシートのシート厚さがほぼ一様である中間積層部と、この中間積層部の上下両側に設けられ中間積層部のゴムシートよりもシート厚さが薄く、フランジ鋼板側から前記中間積層部側に向かってゴムシートのシート厚さが前記中間積層部側ほど厚くなるように徐々に変化している端部積層部とを備える構成とする。
【００１３】
このようにすれば、鋼板に塑性変形の起こりやすい端部積層部（影響範囲）のゴムシート厚さを、中間積層部よりも薄くしているので、塑性変形が起こりにくくなり、しかもそのゴムシート厚さが、端部積層部においては、フランジ鋼板側から前記中間積層部側に向かって徐々に厚くなるように（中間積層部のゴムシート厚さに近づくように）変化しているので、限界変形時において、中間積層部への接続部分を含めて端部積層部の剪断変形がスムーズに行われる。
【００１４】
具体的には、請求項２に記載のように構成することが望ましい。すなわち、ゴムシートと鋼板とが交互に積み重ねられ上下端がゴムシートとされる積層ゴムと、この積層ゴムの上下面に前記上下端のゴムシートを介して接合される上側および下側フランジ鋼板とが一体に成型されてなり、前記積層ゴムを構成するゴムシートの外径とゴム総厚との比率が略４以上で、ゴムシート外径の０．７倍を超える剪断方向への変形が可能である免震装置において、前記積層ゴムは、ゴムシートのシート厚さがほぼ一様である中間積層部と、この中間積層部の上下両側に設けられ中間積層部のゴムシートよりもシート厚さが薄く、ゴムシートのシート厚さが変化している端部積層部とを備え、前記端部積層部は、それの積層数ｎ１を次式に基づき算出し、この端部積層部の各層の合計ゴム厚さを、前記積層ゴムの総ゴム厚さの０．１以下となるように設定すると共に、その合計ゴム厚さを、前記フランジ鋼板側から中間積層部に向かってゴムシートのシート厚さが中間積層部側ほど徐々に厚くなるように変化する構成とすることができる。
【００１５】
【数２】
2004308861.tif 000003
【００１６】
この場合、請求項３に記載のように、前記端部積層部でのゴム厚さの分配は、前記端部積層部の最もフランジ鋼板側の第１番目の層と最も中間積層部側の第ｎ１番目の層とのゴムシート厚さの関係が第１番目の層の厚さをａとすると、第ｎ１番目の層の厚さが（１．５〜３．０）ａとなるようなゴムシート厚さの比率とすると共に、第１番目と第ｎ１番目との層の間に位置する各層のゴムシート厚さは、残りのゴム厚さがフランジ鋼板側の層ほど薄くなるように分配されていることが望ましい。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。
【００１９】
図１及び図２に示すように、免震装置１は、厚さが薄いゴムシート１１と鋼板１２（内部鋼板）とが交互に複数積み重ねられ、上下両端がそれぞれゴムシート１３とされる積層ゴム１５を有する。この積層ゴム１５は、比較的安定した形状（ゴムシート１１の外径とゴム総厚との比率が略４以上）で、ゴムシート１１の外径の０．７倍を超える限界変形性能を有するものである。
【００２０】
積層ゴム１５は、その外周部分（全周）が被覆ゴム１６（ほぼ一様厚さ）にて覆われると共に、前記積層ゴム１５の上下端（上下面）にゴムシート１３を介して上側及び下側のフランジ鋼板１７，１８が接合されて、免震装置１とされる。このように、免震装置１は、積層ゴム１５と、被覆ゴム１６と、上側及び下側のフランジ鋼板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。なお、上側及び下側フランジ鋼板１７，１８及び積層ゴム１５の中心部には、上下方向に貫通する貫通孔１４が設けられている。上側及び下側のフランジ鋼板１７，１８が上下の構造物（図示せず）にそれぞれ取り付けられる。
【００２１】
前記積層ゴム１５は、上下方向の中間部分に、ゴムシート厚さ（ゴムシート１１の厚さ）がほぼ一様である中間積層部１５Ａが設けられている。この中間積層部１５Ａの上下両側に、ゴムシート厚さが徐々に（あるいは段階的に）スムーズに変化する上側及び下側の端部積層部１５Ｂが設けられている。この端部積層部１５Ｂの各ゴムシートは、いずれも、中間積層部１５Ａのゴムシート１１よりもシート厚さが薄く、フランジ鋼板１７，１８側から前記中間積層部１５Ａに向かって厚さが次第に厚くなるように変化している。
【００２２】
ここで、端部積層部１５Ｂに属する層数（鋼板１２の枚数）は、後述するように、影響範囲（端部積層部１５Ｂに相当する）のゴム総厚（ゴムシート厚の総和）を求めることにより決定される。そして、本例のように、端部積層部１５Ｂに属する層数が４層（鋼板１２の枚数が４枚）の場合には、図２に示すように、まず、第１層目（フランジ鋼板側）と第４（ｎ１に対応）層目（中間積層部側）のゴムシートの厚さｔ１，ｔ４の比率が１：２になるようにゴム厚さを分配し、それらの間（第１層目と第４層目の間）に位置する層のゴムシート厚さｔ２，ｔ３は、ゴム総厚から第１層目と第４層目の厚さｔ１，ｔ４の和を除した残りのゴム厚さを均等に分配し、ゴムシート厚さが徐々に変化するように設定している。よって、端部側から、例えば、ｔ１＝２ｍｍ，ｔ２＝２．５ｍｍ，ｔ３＝３．５ｍｍ，ｔ４＝４ｍｍとする。中間積層部１５Ａのゴム厚さは、ｔ５＝５．３ｍｍ（一定）であり、この厚さより端部積層部１５Ｂのゴム厚さはいずれも薄くなっている。また、鋼板１２の厚さｔ６はすべて一定で、ｔ６＝３．１ｍｍである。ここで、このような数値にゴムシート厚を設定しているのは、後述するように、従来構造（ゴムシート（厚さｔ７＝４．７ｍｍ）を３０層積層したもの）とゴム総厚を等しく設定しているためである。よって、免震装置の機能、大きさなどに応じて、ゴム総厚、中間積層部１５Ａ及び端部積層部１５Ｂの層数やゴムシート厚さ、鋼板１２の厚さ等を適宜変更することができるのはいうまでもない。
【００２３】
また、被覆ゴム１６の外周延長部１６ａは、フランジ鋼板１８（又は１７）の２段形状の凸部１８ａに対応して、２段形状の湾曲部とされ、応力集中が回避される形状とされている。
【００２４】
続いて、高面圧ー高ひずみ条件下での荷重支持状態において、端部に位置する鋼板１２の塑性変形や被覆ゴム１６の異常な膨れなどが生ずる範囲であると考えられる影響範囲Ｓのゴム厚（すなわち、端部積層部１５Ｂのゴム厚）の求め方について、図３〜図５に沿って説明する。
【００２５】
前記免震装置１は、ゴムシート１１と鋼板１２とが交互に積み重ねられ上下端がゴムシートとされる積層ゴム１５を有し、この積層ゴム１５のゴムシート外径とゴム総厚（ゴムシート厚の総和）との比率が略４以上で、ゴムシート外径の０．７倍を超える限界変形性能（図３参照）を必要とするものであるが、このような免震装置１において、鋼板１２の塑性変形の発生は、上下端部であって（ゴム厚が）概ね（Ｄ−δ）／２（Ｄ：積層ゴムの外径、δ：変形量）の範囲に現れることが、経験的に知られている。
【００２６】
また、免震装置１の形状は、３つの要素＜▲１▼ゴムシート（積層ゴム）の外径Ｄ、▲２▼ゴムシート（ゴム一層）の厚さｔｒ、▲３▼積層数ｎ＞を用いて表すことができ（ゴム総厚Ｔｒ＝ｎ・ｔｒ）、前述した影響範囲Ｓのゴム厚（Ｄ−δ）／２は、その範囲Ｓでの層数がｎ１であるとする。
【００２７】
このような条件の下で、影響範囲Ｓでの層数ｎ１は、次のようにして求められる（図４参照）。
【００２８】
剪断ひずみをγとすると、
【００２９】
【数３】
2004308861.tif 000004
【００３０】
となる。一方、影響範囲Ｓのゴム総厚をｘとし（図５参照）、影響範囲（端部積層部１５Ｂ）において局部的に捉えると、
【００３１】
【数４】
2004308861.tif 000005
【００３２】
となる。（３）（４）式より
【００３３】
【数５】
2004308861.tif 000006
【００３４】
となり、層数で換算するために、１枚のゴムシート厚（鋼板に挟まれる１つのゴム層の厚さ）ｔｒで割ると、
【００３５】
【数６】
2004308861.tif 000007
【００３６】
となる。よって影響範囲（端部積層部１５Ｂ）の層数ｎ１は、一般式として、
【００３７】
【数７】
2004308861.tif 000008
【００３８】
と表すことができる。ここで、割り切れない場合は、安全側とするために、繰り上げる。
【００３９】
そして、限界変形時に局部応力が非常に高くなる影響範囲Ｓのゴム厚を、積層ゴム１５のゴム総厚の１０％以下であることを確認し、さらにその１０％以下のゴム厚さを、端部積層部１５Ｂにおいて、フランジ鋼板１７，１８側から中間積層部１５Ａ側に向かって徐々に厚くなるように各ゴムシートの厚さとして分配する。なお、限界変形時に局部応力が非常に高くなる影響範囲Ｓのゴム厚が積層ゴム１５のゴム総厚の１０％を超える場合には、端部積層部１５Ｂ（影響範囲）におけるゴムシートの負担応力が急激に増加し、鋼板（内部鋼板）の塑性変形を引き起こしたり、ゴムが膨らみ出し外観に異常を来したりする原因となるので、設計変更する必要がある。
【００４０】
ゴム厚さの分配は、図６に示すように、基準となる最もフランジ鋼板１８（又は１７）側の層のゴムシート厚さをａ（基準値）とすると、最も中間積層部１５Ａ側でフランジ鋼板１８側からｎ１番目の層（ｎ１層）のゴムシート厚さが（１．５〜３．０）ａとなるようなゴムシート厚さ（ゴム層厚さ）の比率とし、それらの間に位置する残りの各層については、ｎ１層のゴム総厚からフランジ鋼板１８側の第１層と第ｎ１層とのゴムシート厚さの和を除した残りのゴム厚さが、各層のゴムシート厚さとして分配されている。なお、影響範囲のゴム厚さが積層ゴムのゴム総厚の１０％以下とするのは、１０％を超えると上下端部でのゴムの負担応力が急激に増加し、鋼板の塑性変形を引き起こすからであり、また、これによりゴムが膨らみ出し外観に異常を来すことになるからである。また、前述のように、フランジ鋼板側の第１番目の層と、第ｎ１番目の層とのゴム層厚さの比率を、ａ：（１．５〜３．０）ａとなるようにするのも同様で、比率を小さくすると、そのような効果が薄れることになるからである。
【００４１】
具体的に、従来の免震装置１０１が、Ｄ＝７００ｍｍ、Ｔｒ＝ｔｒ（ｔ７＝４．７ｍｍ）×ｎ（３０層）＝１４１ｍｍである場合（図７参照）に、これを改善することについて考える。
【００４２】
限界変形量δは、剪断ひずみを４００％とすると、
δ＝１４１×４＝５６４（ｍｍ）
となり、
δ／Ｄ＝５６４／７００＝０．８（＞０．７）
である。
【００４３】
これにより、影響範囲（端部積層部１５Ｂ）に属する層数ｎ１は
【００４４】
【数８】
2004308861.tif 000009
【００４５】
となるため、切り上げて、ｎ１＝４（層）が求められる。
【００４６】
４層分の厚さを、ゴム総厚（１４１ｍｍ）の１０％以下であるから、
１４１ｍｍ×０．０８５（８．５％）＝１２ｍｍ
に設定する。
【００４７】
そして、１層目と４層目の厚さの比率が、１：２になるようにゴム厚さを分配し、それらの間の層のゴム層厚さは、残りのゴム層厚さを均等に分配する。よって、端部側から、２ｍｍ，２．５ｍｍ，３．５ｍｍ，４ｍｍとなる。中間部のゴム層厚さは、５．３ｍｍ（一定）である。
【００４８】
続いて、上記免震装置１の性能を評価するために行った評価試験について説明する。
（試料）
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（１５Ａ，１５Ｂ）の直径Ｄ２を７２０ｍｍとして実施した。なお、上側及び下側のフランジ鋼板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。
（試験方法）
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。
（試験結果）
前記負荷の載荷後、外観形状を確認したところ、従来の免震装置については、積層ゴムと上側及び下側のフランジ鋼板との接続部分において若干の膨らみがみられ、また、位置によっては膨らみ具合に大小がみられた。
【００４９】
これに対し、本発明の免震装置は、位置によるバラツキはなく、どの位置においても、見た目には膨らみがわからない程度の変形（触診すると、かすかに違いがわかる程度の変形）であった。試料を剪断方向に切断して、鋼板の変形及びゴムの押し出され具合を確認したところ、従来の装置では鋼板の曲がりが大きく、ゴムの押し出しが多いのに対し、本発明の装置では、鋼板の曲がりが小さくなったため、ゴムの押し出しも最小限に抑えられていたのが確認された。
【００５０】
以上の結果より、高面圧−高ひずみにおいても、性能上、外観上、いずれも異常なく、信頼性の高い免震装置が得られることが確認された。
【００５１】
【発明の効果】
この発明は、鋼板に塑性変形の起こりやすい部位（端部積層部）のゴムシートの層厚さを、中間積層部よりも薄くしているので、塑性変形を起こりにくくすることができる。しかも、そのゴム厚さを、フランジ鋼板側から中間積層部側に向かって徐々に厚くなるように変化させているので、限界変形時において、中間積層部への接続部分を含めて端部積層部の剪断変形をスムーズに行わせることができる。
【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。
【図３】前記免震装置の限界変形の説明図である。
【図４】前記免震装置の限界変形の説明図である。
【図５】前記免震装置の限界変形の説明図である。
【図６】影響範囲（端部積層部）のゴム厚さの説明図である。
【図７】従来の免震装置についての図２と同様の図である。
【符号の説明】
１    免震装置
１１    内部ゴム
１２    鋼板
１３，１４    端部ゴム
１５    積層ゴム
１５Ａ    中間積層部
１５Ｂ    端部積層部
１６    被覆ゴム
１７，１８    フランジ鋼板
１７ａ    下面
１８ａ    上面
【図１】
2004308861.tif 000011
【図２】
2004308861.tif 000012
【図３】
2004308861.tif 000013
【図４】
2004308861.tif 000014
【図５】
2004308861.tif 000015
【図６】
2004308861.tif 000016
【図７】
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