(57)【要約】  【課題】  ゴム層の平面寸法の縮小化、ゴム支承の小型化、コスト低減を図ることのできる橋梁用ゴム支承を提供する。  【解決手段】  ゴム層１と鋼板２を交互に積層して加硫成形してなる橋梁用ゴム支承において、ゴム層１が橋軸方向Ｘ又は橋軸直角方向Ｙのいずれか一方向に配向した短繊維とゴムからなる短繊維複合ゴムからなって橋軸方向Ｘと橋軸直角方向Ｙのせん断弾性率を異ならせてなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム層と鋼板を交互に積層して加硫成形してなる橋梁用ゴム支承において、前記ゴム層が、橋軸方向又は橋軸直角方向のいずれか一方向に配向した短繊維とゴムからなる短繊維複合ゴムからなって、橋軸方向と橋軸直角方向のせん断弾性率を異ならせていることを特徴とする、橋梁用ゴム支承。
【請求項２】
ゴム層と鋼板を交互に積層して加硫成形してなる橋梁用ゴム支承において、前記ゴム層が、短繊維複合ゴムからなり、短繊維が橋軸方向と橋軸直角方向のいずれか一方向の配向比率を他方の配向比率より大きくすることで橋軸方向と橋軸直角方向のせん断弾性率を異ならせていることを特徴とする、橋梁用ゴム支承。
【請求項３】
前記ゴム層が橋軸方向と橋軸直角方向のせん断弾性率の差を１．１倍以上にしている、請求項１又は２に記載の橋梁用ゴム支承。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は橋梁用ゴム支承に係り、特に小型化、コスト低減を図れる橋梁用ゴム支承に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、橋梁の免震に使用するゴム支承は平面視において矩形であり、稀に円形のものもある。このゴム支承のゴム層それ自体のせん断弾性率は方向性が無く、ゴム支承は、橋軸方向と橋軸直角方向に対して同一の性能値（許容変形量・剛性）を有するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８８１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、橋梁構造の構造種別等により、免震橋梁の要求値によっては、橋軸方向の必要性能（許容変形量・剛性）と橋軸直角方向の必要性能（許容変形量・剛性）とが異なる場合がある。この場合、ゴム支承の形状（構造）を決定するにあたり、その形状（構造）を必要性能の低い方に対応させて設定すると変形性能が不足することになるため、必要性能の高い方に対応させて形状（構造）を設定することになるが、これではゴム層の平面寸法が大きくなり、ゴム支承が大型になり、コスト高を招くことにもなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、橋軸方向と橋軸直角方向のせん断弾性率を異ならせることによりゴム層の平面寸法の縮小化、ゴム支承の小型化、コスト低減を図ることのできる橋梁用ゴム支承を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ゴム層と鋼板を交互に積層して加硫成形してなる橋梁用ゴム支承において、前記ゴム層が、橋軸方向又は橋軸直角方向のいずれか一方向に配向した短繊維とゴムからなる短繊維複合ゴムからなって、橋軸方向と橋軸直角方向のせん断弾性率を異ならせていることに特徴を有するものである。
【０００７】
また、本発明は、ゴム層と鋼板を交互に積層して加硫成形してなる橋梁用ゴム支承において、前記ゴム層が、短繊維複合ゴムからなり、短繊維が橋軸方向と橋軸直角方向のいずれか一方向の配向比率を他方の配向比率より大きくすることで橋軸方向と橋軸直角方向のせん断弾性率を異ならせていることに特徴を有するものである。
【０００８】
この場合において、前記ゴム層が橋軸方向と橋軸直角方向のせん断弾性率の差を１．１倍以上に設定することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の上記構成の橋梁用ゴム支承によれば、橋軸方向と橋軸直角方向のせん断弾性率を異ならせているので、免震橋梁の要求値において、橋軸方向の必要性能（水平ばね定数）と橋軸直角方向の必要性能（水平ばね定数）とが異なる場合は、必要性能が高い方の橋軸方向又は橋軸直角方向と短繊維の配向とを一致させ、必要性能の低い方の橋軸直角方向又は橋軸方向と短繊維の配向直角方向とを一致させることで橋梁の橋軸方向と橋軸直角方向の要求性能に応えることができるため、ゴム層の平面寸法の縮小化（下記の式（１）参照）、ゴム支承の小型化、コスト低減を図ることができる。つまり、橋軸方向の必要性能と橋軸直角方向の必要性能とが異なる免震橋梁の要求値を満足させるためにはゴム層の平面寸法のサイズを大きく採る必要があってコスト高を招いていた従来の橋梁用ゴム支承に比較して、ゴム層の平面寸法のサイズは小さくて足り、ゴム支承の小型化、コストの低減を図ることができる。
【００１０】
橋梁用ゴム支承の水平ばね定数は下記の式（１）に示すとおりである。
水平ばね定数  ＫＨ＝（Ａ・Ｇ）／（ｎ・ｔＲ）                            （１）
ここで、ＫＨ：水平ばね定数（水平剛性）  Ａ：ゴム層の有効面積  Ｇ：ゴム層のせん断弾性係数  ｎ：ゴム層の積層数  ｔＲ：ゴム層１層の厚さ
【００１１】
ゴム層の平面寸法の縮小化に伴う橋梁用ゴム支承の小型化により、狭隘な設置場所における設計の自由度が得られる。
ゴム層の橋軸方向と橋軸直角方向の水平剛性を異ならせることにより、橋梁用途で要求される橋軸方向と橋軸直角方向の要求を満足させる自由度が拡大し、コスト低減をも図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好適な実施形態を図面に基づき説明する。図１は橋梁用ゴム支承を一部破断した状態で示す斜視図、図２は橋梁用ゴム支承のゴム短冊積層体の斜視図、図３は橋梁用ゴム支承のゴム層の斜視図、図４は押出成形機の押出用ダイから短繊維複合ゴムシートを押出成形している状態を示す側面図、図５は図４の押出用ダイのダイ口の正面図、図６は短繊維複合ゴムシートを直径方向に切断した状態を示す正面図である。
【００１３】
図１において、橋梁用ゴム支承はゴム層１と鋼板２を交互に積層して加硫成形してなる。ゴム層１は、ゴム３に短繊維４が橋軸方向Ｘ又は橋軸直角方向Ｙのいずれか一方向（図示例では橋軸直角方向Ｙ）に配向されて内包された短繊維複合ゴムからなって、橋軸方向Ｘと橋軸直角方向Ｙのせん断弾性率を異ならせたものとする。この場合、橋軸方向Ｘと橋軸直角方向Ｙのせん断弾性率の差は１．１倍以上、好ましくは２倍以上にする。
【００１４】
また、橋梁用ゴム支承は、短繊維複合ゴムの短繊維４が橋軸方向Ｘと橋軸直角方向Ｙのいずれか一方向の配向比率（配向度）を他方の配向比率（配向度）より大きくすることによっても橋軸方向Ｘと橋軸直角方向Ｙのせん断弾性率を異ならせることができる。
【００１５】
ゴム３としては天然ゴム、合成ゴムが用いられる。短繊維４にはナイロン繊維やアラミド短繊維などが用いられる。短繊維のサイズとしては径が１０μｍ以下、好ましくは２〜５μｍ、長さが１ｍｍ以下、好ましくは０．２〜０．４ｍｍである。ゴム３と短繊維４の配合量はゴム１００重量部に対して短繊維１．０〜５重量部とする。
【００１６】
次に、上記橋梁用ゴム支承の製造方法の一例を説明する。
まず、未加硫ゴム１００重量部に対して１．５〜２．５重量部の短繊維を混練し、この混練された材料を図４のように押出成形機の押出用ダイ５に備えた長方形状のダイ口６（図５参照）から断面長方形状の短繊維複合ゴムシート７を押出成形する（短繊維複合ゴムシート加工工程）。これにより短繊維複合ゴムシート７が短繊維を一方向（押出方向）に配向するよう押出成形される。この場合、短繊維の配向精度を上げるには、短繊維は長さ１ｍｍ以下、径１０μｍ以下のものを使用し、短繊維複合ゴムシート７は厚みｔが１〜７．５ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍ、幅ｗが厚さの５〜４０倍とすることが好ましく、これにより短繊維の大部分を一方向（押出方向）に揃えて配向することができる。
【００１７】
この短繊維複合ゴムシート７は余熱保有状態下で押し出されながらマンドレル８に渦巻き状に所定巻層だけ巻き取られる（図４参照）。このように余熱保有状態下でマンドレル８に巻き取られる短繊維複合ゴムシート７の層間は密着一体化される。
【００１８】
次いで、短繊維複合ゴムシート７はマンドレル８から取り出され、図６のように直径方向に切断Ｃされることにより、図２に示すごとく複数枚の短繊維複合ゴム短冊９が各短繊維複合ゴム短冊９の短繊維の配向が同一方向になるよう積層状態に接合一体化された２個のゴム短冊積層体１０が形成される（短繊維複合ゴム短冊・ゴム短冊積層体形成工程）。
【００１９】
次いで、このゴム短冊積層体１０は複数個、短繊維複合ゴム短冊９，９同士の接合面１１がゴム層厚み方向となるように、かつ各ゴム短冊積層体１０の短繊維の配向が同一方向になるよう並べられて図３に示すごときゴム層１が形成される（ゴム層形成工程）。そのゴム層１の厚さＴは、短繊維複合ゴムシート７の幅ｗと一致することになる。
【００２０】
最後に、このように形成されたゴム層１は鋼板２と交互に積層され加硫成形されることにより、ゴム層１とゴム層１の間に鋼板２が加硫接着されて図１に示すごとく橋梁用ゴム支承とされる。その際、短繊維複合ゴム短冊９，９同士の接合面１１及びゴム短冊積層体１０，１０同士の接合面１２がゴム層１と鋼板２との接合面１３に対し直交するように積層されることが肝要である。なお、図示例では短繊維配向方向と橋軸直角方向Ｙとを一致させ、短繊維配向直角方向と橋軸方向Ｘとを一致させている。
【００２１】
短繊維複合ゴムシート７を用いて、ゴム層１の橋軸方向Ｘと橋軸直角方向Ｙのせん断弾性率を１．１倍以上の差とするには、短繊維複合ゴムシート７が以下の厚さｔ及び幅ｗの条件を満たすことが望まれる。
短繊維複合ゴムシート７は厚さ１〜５ｍｍ、幅は厚さの５〜４０倍とする。より好ましくは、短繊維複合ゴムシート７は厚さ１〜３ｍｍとし、厚さ１〜２ｍｍに対し幅１５ｍｍ、厚さ１〜２．５ｍｍに対し幅２５ｍｍ、厚さ２〜３．５ｍｍに対し幅４０ｍｍとすることが望まれる。短繊維複合ゴムシート７は厚さ１ｍｍ未満では押出時間が長くかかり、厚みが不均一になり、短繊維がダイス口を通り難くなるため押出成形が困難になる。短繊維複合ゴムシート７は厚さ５ｍｍを超えると、短繊維複合ゴムシート７の短繊維配向方向と短繊維配向直角方向の引張応力にあまり差を持たすことができないため、ゴム層１としてその橋軸方向と橋軸直角方向のせん断弾性率の差を１．１倍以上にすることができない。
【００２２】
橋梁用ゴム支承として、上記のように短繊維複合ゴム短冊９，９同士の接合面１１及びゴム短冊積層体１０，１０同士の接合面１２がゴム層１と鋼板２との接合面１３に対し直交するように積層されていると、水平変位時にゴム層１の短繊維複合ゴム短冊９，９同士の接合面１１及びゴム短冊積層体１０，１０同士の接合面１２がせん断力で剥離するのを防止でき、耐久性を向上できる。
【００２３】
上記のように、短繊維複合ゴムシート加工工程とゴム短冊積層体加工工程において、ゴムと短繊維を混練し、この混練された材料を短繊維が配向するよう所定厚さのシート状に押出し加工するとともに、この押出される短繊維複合ゴムシート７を余熱保有状態下で渦巻き状に所定巻層だけ巻取り、この巻取った渦巻き状の短繊維複合ゴムシート７を直径方向に切断し二分割してゴム短冊積層体１０を得るという方法を採用した場合は、短繊維複合ゴム短冊９を複数枚積層状態に接合一体化したゴム短冊積層体１０を連続的に能率よく製造することができる。
しかし、そのほかに、押出し、又はカレンダ加工された短繊維複合ゴムシート７を所定寸法に切断して短繊維複合ゴム短冊９を形成し、これを複数枚積層し一体化してゴム短冊積層体１０を得ることもできる。
【００２４】
短繊維複合ゴムシート７の実施例１〜２および比較例１〜３を挙げる。
【実施例１】
【００２５】
長さ０．３ｍｍ、径３μｍのナイロン短繊維を天然ゴム１００重量部に対し２．０重量部配合して、厚さ２ｍｍ、幅３０ｍｍの短繊維複合ゴムシートを得た。
【実施例２】
【００２６】
短繊維複合ゴムシートを厚さ１ｍｍとした以外は実施例１と同様である。
【比較例１】
【００２７】
短繊維複合ゴムシートを厚さ７ｍｍとした以外は実施例１と同様である。
【比較例２】
【００２８】
短繊維複合ゴムシートを厚さ１０ｍｍとした以外は実施例１と同様である。
【比較例３】
【００２９】
短繊維を配合しない厚さ２ｍｍ、幅３０ｍｍのゴムシートを得た。
【００３０】
上記実施例１〜２、比較例１〜３の引張応力及び伸びの試験結果を図７に示す。図中、比較例４は実施例１の短繊維配向に対し直角の方向（短繊維配向直角方向）の引張応力及び伸びの試験結果を示す。
この図７から明らかなように、短繊維複合ゴムシート７が厚さ７ｍｍ、幅３０ｍｍより大きいと、実施例１の短繊維配向直角方向の引張応力と差が少なく、実施例１〜２の短繊維複合ゴムシート７が比較例１〜４に比較して引張応力を２倍以上にできることがわかる。
【００３１】
次に、橋梁用ゴム支承の実施例３〜８、比較例５〜７を挙げる。
【実施例３】
【００３２】
橋梁用ゴム支承はゴム層１を５層、幅・長さ共５００ｍｍ、厚さ９ｍｍの鋼板２を６枚とする。ゴム層１は以下のように形成した。まず、厚さ２ｍｍ、幅３０ｍｍの短繊維複合ゴムシート７を押し出してΦ３２０のマンドレルに１５周巻き付け、これを直径方向に切断して１５枚の短繊維複合ゴム短冊９が各短繊維複合ゴム短冊９のナイロン短繊維の配向が同一方向になるよう積層状態に接合一体化されたゴム短冊積層体１０を形成した。この場合、ゴム短冊積層体１０の厚みは２（ｍｍ）×１５≒２９ｍｍとなる。次いで、このゴム短冊積層体１０を１７個、各ゴム短冊積層体１０のナイロン短繊維の配向が同一方向になるよう並べて厚み３０ｍｍ、幅約５００ｍｍ、長さ約５００ｍｍのゴム層１を得る。
【実施例４】
【００３３】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ１ｍｍ、幅３０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【実施例５】
【００３４】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ３ｍｍ、幅３０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【実施例６】
【００３５】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ４ｍｍ、幅３０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【実施例７】
【００３６】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ５ｍｍ、幅３０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【実施例８】
【００３７】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ１．５ｍｍ、幅６０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【比較例５】
【００３８】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ１０ｍｍ、幅３０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【比較例６】
【００３９】
押し出される短繊維複合ゴムシート７を厚さ９ｍｍ、幅５０ｍｍとした以外は、実施例３と同様に実施した。
【比較例７】
【００４０】
短繊維を配合しないゴムシートを厚さ２ｍｍ、幅３０ｍｍに押し出した以外は、実施例３と同様に実施した。
【００４１】
上記実施例３〜８、比較例５〜７の短繊維配向方向と短繊維配向直角方向の水平ばね定数を測定した結果を図８に示す。
【００４２】
図８の図表から明らかなように、短繊維複合ゴムシート７が厚さ１〜５ｍｍ、幅３０ｍｍであると、短繊維配向方向と短繊維配向直角方向の水平ばね定数を２〜３倍の差を持たすことができるが、短繊維複合ゴムシート７が厚さ７ｍｍ、幅３０ｍｍより大きいと、短繊維配向方向と短繊維配向直角方向の水平ばね定数に差をあまり持たすことができないことがわかる。また、実施例３〜８の短繊維複合ゴムシート７の短繊維の配向直角方向の水平ばね定数（水平剛性）においても、比較例７の短繊維を配合しない短繊維複合ゴムシート７の水平ばね定数（水平剛性）よりは大きくなることができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施例の橋梁用ゴム支承を一部破断した状態で示す斜視図である。
【図２】図１の橋梁用ゴム支承のゴム短冊積層体の斜視図である。
【図３】図１の橋梁用ゴム支承のゴム層の斜視図である。
【図４】押出成形機の押出用ダイから短繊維複合ゴムシートを押出成形している状態を示す側面図である。
【図５】図４の押出用ダイのダイ口の正面図である。
【図６】短繊維複合ゴムシートを直径方向に切断した状態を示す正面図である。
【図７】短繊維複合ゴムシートの実施例１〜２と比較例１〜４の引張応力及び伸びの試験結果を示す図表である。
【図８】橋梁用ゴム支承の実施例３〜８と比較例５〜７の短繊維配向方向と短繊維配向直角方向の水平ばね定数の試験結果を示す図表である。
【符号の説明】
【００４４】
１  ゴム層
２  鋼板
３  ゴム
４  短繊維
Ｘ  橋軸方向
Ｙ  橋軸直角方向
【図１】
2005256524.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005256524.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005256524.tif 000007
【図６】
2005256524.tif 000008
【図７】
2005256524.tif 000009
【図８】
2005256524.tif 000010