(57)【要約】【課題】橋梁や建造物などの部材間に取り付けられる免震構造体において、鉛直方向の支持力および微振動時の吸震性能を高める。【解決手段】硬質層２１と軟質層２２とが交互に積層された本体２に貫通孔２ａが鉛直方向に形成され、貫通孔２ａにブロック３が嵌入された免震構造体１である。ブロック３は、高減衰ゴムからなる軟質層３２に硬質層３１を埋め込んで積層したものであり、せん断変形に対する減衰機能が本体２と異なる。また、最上部の硬質層３１にフランジ部が形成され、フランジ部が本体２の硬質層２１に係止している。これにより、本体２は高品質で高物性の軟質ゴム層が鉛直荷重に強く、圧縮永久歪の少ない機能を持つ。ブロック３は、本体２が囲み密閉状態で拘束することで鉛直荷重に対する耐圧力を維持し、せん断変形時には減衰機能を発揮する。ゴム組成物の特長から大きなせん断変位にも破断することなく追随して耐え、かつ安定した減衰特性を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質層と軟質層とが交互に積層された本体に貫通孔が鉛直方向に形成され、この貫通孔にブロックが嵌入された免震構造体であって、
前記ブロックは、高減衰ゴムからなる軟質層に硬質層を埋め込んで積層したものであることを特徴とする免震構造体。
【請求項２】
前記ブロックは、せん断変形に対する減衰機能が前記本体と異なることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体。
【請求項３】
前記ブロックは、最上部および最下部を硬質層としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の免震構造体。
【請求項４】
前記ブロックは、最上部の硬質層にフランジ部が形成され、このフランジ部が前記本体の硬質層に係止していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の免震構造体。
【請求項５】
前記貫通孔は、前記本体の複数か所に設けられ、各貫通孔に前記ブロックが嵌入されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の免震構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁や建造物などの部材間に取り付け、これらの部材間の相対的な変位による運動エネルギーを吸収して振動や地震力を減衰する免震構造体であって、免震効果とダンピング効果を備え、上部構造体を地震動等から保護するための免震構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の免震構造体としては、剛性を有する鋼板などの硬質層とゴム材質などの粘弾性的性能を持った軟質層とを交互に積層し加圧、加硫接着させた構造体が防振・吸震および歪吸収と併せ地震時には大きな外力を吸収する目的で免震構造体が古くから使用されている。この免震構造体は、剛体構造物や道路などの構造物と基礎、橋梁と橋脚の間に取り付けることにより地震による構造物への入力加速度は減衰され、また道路等においては、ばねとしての弾性特性から通過車両の振動吸収や偏荷重の緩和、温度変化による歪の吸収など多くの作用効果を奏する。
【０００３】
しかしながら、大きな地震に際しては構造物や橋梁等へのゆっくりした横揺れはそのまま残るため、横揺れが大きいと他の構造物との衝突や付帯設備を破損したり落下させたりする。
【０００４】
そこで、こうした横揺れ変位を小さくするため、本体の中央部に鉛直方向に貫通孔を設け、この貫通孔に鉛栓（鉛プラグ）を入れることにより、鉛栓の塑性変形を利用してダンピング効果を付与したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−９０７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、鉛栓は、主としてダンパーとしての機能を果たし、せん断方向の振動エネルギーの吸収能力を高めるものの、鉛直方向の支持力や微振動時の吸震性能が必ずしも良好でないという不都合があった。
【０００６】
そこで、鉛栓を使用せず、軟質層だけのゴム材料として高減衰性の各種ゴムや樹脂類を混合した組成物、すなわち高減衰ゴムを用いた免震構造体もあるが、高減衰ゴムが上部構造物の大きな荷重を直接支持するため、クリープ量が大きく、永久構造物としての用途には耐久性および実績面で劣るという欠点がある。
【０００７】
また、鉛栓の代替材料として高減衰性の組成物（例えば、各種ゴム材料とその他のゴム材料とのブレンド混合物、各種樹脂類、繊維類、金属の線材、ロープなど）を採用することも提案がされているが、依然としてクリープによる永久歪や性能劣化が生じるばかりか、貫通孔の存在によって硬質層が分断され、荷重を支える支持面が狭くなるため、この支持面を広くして大型化しない限り、長期間にわたって荷重を支えることができず、経済性に劣るという欠点がある。
【０００８】
本発明は、このような種々の欠点を伴うことなく、鉛直方向の支持力および微振動時の吸震性能を高めることが可能な免震構造体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】
【０００９】
まず、請求項１に係る発明は、硬質層と軟質層とが交互に積層された本体に貫通孔が鉛直方向に形成され、この貫通孔にブロックが嵌入された免震構造体であって、前記ブロックは、高減衰ゴムからなる軟質層に硬質層を埋め込んで積層したものであることを特徴とする。
また、請求項２に係る発明は、前記ブロックは、せん断変形に対する減衰機能が前記本体と異なることを特徴とする。
また、請求項３に係る発明は、前記ブロックは、最上部および最下部を硬質層としたことを特徴とする。
また、請求項４に係る発明は、前記ブロックは、最上部の硬質層にフランジ部が形成され、このフランジ部が前記本体の硬質層に係止していることを特徴とする。
さらに、請求項５に係る発明は、前記貫通孔は、前記本体の複数か所に設けられ、各貫通孔に前記ブロックが嵌入されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、本体は高品質で高物性の軟質ゴム層が鉛直荷重に強く、圧縮永久歪の少ない機能を持つ一方、ブロックは、本体が囲み密閉状態で拘束することで鉛直荷重に対する耐圧力を維持し、せん断変形時には減衰機能を発揮し、ゴム組成物の特長から大きなせん断変位にも破断することなく追随して耐え、かつ安定した減衰特性を得ることができる。その結果、鉛直方向の支持力および微振動時の吸震性能を高めることが可能な免震構造体を提供することができる。しかも、上述した従来技術と異なり、耐久性や実績面、経済性に劣るという欠点を伴うことはない。
【００１１】
また、本体に貫通孔があるため、本体の硬質層と軟質層を交互に積層成型して加硫接着する際、貫通孔を通しての熱伝導が良好となり、本体の上下および外周からの加熱と相俟って加硫時間の短縮および物性の均一化が可能となる。これは、貫通孔の個数が多いほど顕著となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
免震構造体１は、図１および図２に示すように、直方体状の外観形状を備えており、本体２、４個の円柱状のブロック３および被覆ゴム５から構成されている。
【００１４】
すなわち、本体２は、５層の硬質層２１と４層の軟質層２２とが交互に積層され、堅固に加硫接着されて一体化した構造を有している。本体２には４か所に円形断面の貫通孔２ａが鉛直方向に形成されており、各貫通孔２ａにはそれぞれブロック３が嵌入されて一体化している。各ブロック３は、高減衰ゴムからなる軟質層３２に４層の硬質層３１が埋め込まれて積層され、さらに軟質層３２の上下両側に硬質層３１が配設され、堅固に加硫接着されて一体化した構造を備えている。最上部の硬質層３１Ａには、図５に示すように、フランジ部３１ａが形成されており、フランジ部３１ａは本体２の最上部の硬質層２１に係止している。さらに、本体２の周囲には、長期使用に配慮して耐候性に優れた被覆ゴム５が各ブロック３を避ける形で設けられている。なお、本体２とブロック３とでは、せん断変形に対する減衰機能が互いに異なっている。また、本体２の軟質層２２とブロック３の軟質層３２の合計の面積比は、荷重に対する耐圧力と減衰性を勘案して決定された比率となっており、５０：５０〜８０：２０が目安となる。
【００１５】
ここで、本体２の硬質層２１としては、冷間圧延鋼板、ステンレス鋼板など各種の鋼板のほか、硬質樹脂板、繊維入り硬質ゴム板を使用することができる。
【００１６】
また、本体２の軟質層２２としては、物性値の高い高品質の天然ゴム（ＮＲ）を用いることが好ましい。天然ゴム（ＮＲ）を用いることにより、物理的性能に優れ、高い荷重に耐える強度、大きな地震時のせん断変位にも追随でき、長期使用に際しても永久歪・クリープ性に優れた軟質ゴム層を得ることができる。天然ゴム（ＮＲ）以外のゴム材料としては、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭまたはＥＰＭ）などを挙げることができる。必要に応じて、充填剤、可塑剤、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤など種々の添加材を配合・混練してもよい。これらの原材料ゴムは１種類でもよく、また２種類以上のゴム材料をブレンドして使用することもできる。また、補強材、加硫剤の種類、量を調整することにより、物性等を調整することができる。さらに、長期間の使用後も物性変化を小さく抑えるために、各種老化防止剤、安定剤、難燃剤等を混練すれば、機能を高めることができる。
【００１７】
他方、ブロック３の硬質層３１としては、冷間圧延鋼板、ステンレス鋼板など各種の鋼板のほか、硬質樹脂板、繊維入り硬質ゴム板を使用することができる。
【００１８】
また、ブロック３の軟質層３２を構成する高減衰ゴムとしては、免震構造体の免震機能を発揮しつつも、特に地震時のせん断方向の振動入力加速度を緩和するため、ヒステリシス損失の大きいゴム組成物を使用することができる。こうしたゴム組成物としては、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭまたはＥＰＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）などの原材料ゴムを１種類又は２種類以上をブレンドし、充填剤（例えば、カーボンブラックに加え、シリカ、クレーなどの鱗片状無機充填剤、或いはクマロン樹脂などの石油系樹脂）、可塑剤（例えば、フタル酸など各種の酸誘導体）、加硫剤、加硫促進剤など種々の添加剤を配合・混練したものが挙げられる。
【００１９】
また、被覆ゴム５としては、耐候性、耐外傷性、難燃性に優れたものを用いるのが好ましい。例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭまたはＥＰＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）に、必要に応じて充填剤、可塑剤、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤を混練したものを採用することができる。
【００２０】
免震構造体１は以上のような構成を有するので、本体２は高品質で高物性の軟質ゴム層が鉛直荷重に強く、圧縮永久歪の少ない機能を持つ。一方、ブロック３は、本体２が囲み密閉状態で拘束することで鉛直荷重に対する耐圧力を維持し、せん断変形時には減衰機能を発揮し、ゴム組成物の特長から大きなせん断変位にも破断することなく追随して耐え、かつ安定した減衰特性を発現する。その結果、免震構造体１では、鉛直方向の支持力および微振動時の吸震性能を高めることが可能となる。しかも、この免震構造体１では、上述した従来技術と異なり、耐久性や実績面、経済性に劣るという欠点を伴うことはない。
【００２１】
また、本体２に４個の貫通孔２ａがあるため、本体２の硬質層２１と軟質層２２を交互に積層成型して加硫接着する際、これらの貫通孔２ａを通しての熱伝導が良好となり、本体２の上下および外周からの加熱と相俟って加硫時間の短縮および物性の均一化が可能となる。これは、貫通孔２ａの個数が多いほど顕著となる。
【００２２】
また、本体２では硬質層２１と軟質層２２とが堅固に加硫接着されて一体化しており、各ブロック３では硬質層３１と軟質層３２とが堅固に加硫接着されて一体化しているので、免震構造体１に所定の積載荷重が加わった際、本体２およびブロック３が外側へ膨張する事態を防ぎ、安定した水平ばね定数を確保し、またクリープを抑制することができる。
【００２３】
さらに、各ブロック３の最上部の硬質層３１Ａに形成されたフランジ部３１ａが、本体２の最上部の硬質層２１に係止しているため、免震構造体１が圧縮変形、せん断変形を起こしたときに、ブロック３が本体２に潜り込む事態を回避して、免震構造体１としての機能を維持することができる。
【００２４】
なお、上述の実施形態においては、直方体状の外観形状を備えた免震構造体１について説明したが、免震構造体１の外観形状は必ずしもこれに限定されない。例えば、建築構造物に免震構造体１を組み込む場合などに、円柱形の免震構造体１を採用しても構わない。
【００２５】
また、上述の実施形態においては、５層の硬質層２１と４層の軟質層２２からなる本体２について説明したが、これら硬質層２１、軟質層２２の積層数は使用条件や設計条件に応じて適宜決定すればよい。
【００２６】
また、上述の実施形態においては、軟質層３２に４層の硬質層３１を埋め込んで積層し、さらに軟質層３２の上下両側に硬質層３１を配設した構造を持つブロック３について説明したが、硬質層３１の積層数は適宜変更することができる。例えば、図３、図５に示すように、１層または３層の硬質層３１を軟質層３２に埋め込んで積層しても構わない。
【００２７】
また、上述の実施形態においては、本体２の４か所に貫通孔２ａを形成した場合について説明したが、貫通孔２ａの個数については、要求されるせん断性能に応じて適宜決定すればよい。例えば、図４、図６に示すように、本体２の１か所または２か所に貫通孔２ａを形成してもよい。そして、貫通孔２ａの総断面積、つまりブロック３の総支持面積を増減させない条件下では、貫通孔２ａの個数が増えるほど、その平方根に比例してブロック３と本体２との接触面積が増大し、本体２がブロック３をその周囲から拘束する力が増すため、免震構造体１の水平ばね定数などの低下が抑制される。例えば、貫通孔２ａが１個の場合と比べると、貫通孔２ａが４個の場合（つまり、各ブロック３の断面直径が１／２に減少した場合）はブロック３と本体２との接触面積は２倍となり、貫通孔２ａが９個の場合（つまり、各ブロック３の断面直径が１／３に減少した場合）はブロック３と本体２との接触面積は３倍となる。なお、貫通孔２ａの個数が増え、各ブロック３の支持面積が小さくなれば、せん断変形時に座屈しやすくなる傾向が現れるという不都合については、ブロック３の硬質層３１の積層数を増減して、せん断弾性率を調整することで解消することができる。すなわち、ブロック３の硬質層３１の積層数を増やせば、せん断弾性率が上がり、逆にブロック３の硬質層３１の積層数を減らせば、せん断弾性率が下がる。
【００２８】
また、上述の実施形態においては、円柱状（つまり、円形断面）のブロック３について説明したが、ブロック３の断面形状は必ずしも円形に限定されない。例えば、図４に示すように、長円形断面を有するブロック３を採用することも可能である。
【００２９】
さらに、免震構造体１が比較的小型の場合や、本体２の内外で熱伝導率に大差がない場合は、ブロック３を未加硫の状態で本体２の貫通孔２ａに挿入し、本体２と一緒に加硫して免震構造体１を製造してもよい。また、ブロック３を加硫する際、硬質層３１の位置決めが困難な場合は中心部に鋼製棒（図示せず）を通してずれを防いでも構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る免震構造体の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す免震構造体のＢ−Ｂ線による断面図である。
【図３】本発明に係る免震構造体の第２の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】図３に示す免震構造体のＣ−Ｃ線による断面図である。
【図５】本発明に係る免震構造体のブロックの三例を示す図である。
【図６】本発明に係る免震構造体の第３の実施形態を示す水平断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１……免震構造体
２……本体
２ａ……貫通孔
３……ブロック
５……被覆ゴム
２１……硬質層
２２……軟質層
３１……硬質層
３２……軟質層
３１ａ……フランジ部
【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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