(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部躯体と上部躯体との間に配設され、建物に加わる地震外力を低減するすべり支承を備えてなるすベり免震装置であって、
前記すべり支承は、前記下部躯体側に配置される平滑板と、前記上部躯体側に配置されるすべり材とが相互にそれぞれの滑動面を接触して配設され、前記平滑板が複数の平滑小板を継ぎはりしてなり、少なくとも前記すべり支承設置時には、前記継ぎはりした継ぎ目に前記すべり材の滑動面が接触していないことを特徴とするすべり免震装置。
【請求項２】
前記すべり支承稼働時には、前記すべり材の滑動面が前記継ぎ目に接触することを特徴とする請求項１記載のすべり免震装置。
【請求項３】
前記すべり材が四フッ化エチレン樹脂を主成分とする樹脂で形成され、前記平滑小板の表面に潤滑性被膜が形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のすべり免震装置。
【請求項４】
前記平滑板上を前記すべり材がすべり出すまで、地震による水平力に抗して変形可能な部材が前記すべり支承に直列に配置されてなることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のすべり免震装置。
【請求項５】
前記変形可能な部材がゴム材または積層ゴム材であることを特徴とする請求項４記載のすべり免震装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はすべり免震装置に関し、特にビル、タワー等の高層構造体から一戸建てなどの低層構造体に至る建築構造体、道路・鉄道などの橋梁に至る土木構造体を支持し、地震外力を低減するすべり免震装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
免震とは、建物に加わる地震力を何らかの方法で減少させることである。基礎と建物との間に何らかの装置を入れて、建物への地震入力の減少を図る「基礎絶縁型」が免震装置あるいは免震工法の主流となっている。例えば、鋼板とゴムを交互に積層した弾性支承（積層ゴム支承）あるいは積層ゴムの端面に摩擦板を設けた弾性すべり支承などが提案されている。
弾性支承を使用した免震装置の場合、減衰性能が乏しく、水平方向の剛性に対する固有振動数近傍の成分が卓越した入力に対しては共振を起こし、過大な変形に至る。積層ゴムが破断した場合、構造体の自重を支承できなくなる場合が生じる。その対策として、ゴム材を高減衰ゴムにする手法などが考慮されたが、軸力に対する変形量が大きいという問題があった。また、積層ゴムとともに減衰効果を持つ主に鉛金属製ダンパの併用も提案されたが、金属製ダンパが柱の鉛直荷重を支えることができず、粱の一部に設置する方法しか採用できなかった。
【０００３】
弾性すべり支承のみを用いた免震構造は大地震での大変形に対して、すべりによってエネルギーが消費される利点がある。しかし、弾性すべり支承が、すべり出すまでは免震効果がなく構造体に対して高周波成分の低減の効果が薄い。また、地震に対して残留すべりが発生する。したがって、構造体の位置が大きく移動しないように復元性を有する装置、例えば、水平ばねあるいは積層ゴムを併用して移動範囲を規制するものが提案されている（特開昭６３−３２０３６号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、構造体の大型化があり、免震装置で支える構造体の柱の軸力が 1000 トンを越えるような場合、すべり材の断面積は許容面圧の設計仕様により異なるが、直径φ900mm からφ1300mm 程度になる。さらに、巨大地震を想定した場合、振幅を±550mm とすると、すべり材の相手となる平滑板は一辺の長さが 2400mm 程度の正方形が必要となる。このような大きさの平滑板を一枚板で作製しようとすると、作製時に均一な精度で作製することが困難である。さらに施工時の取り付け作業性が悪いという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題に対処するためになされたもので、構造体の大型化に適応でき、また巨大地震を想定した場合のすべり免震装置おいて、すべり材の相手となる平滑板が大面積となっても、均一な精度で作製することができ、また取り付け作業性が容易なすべり免震装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は下部躯体と上部躯体との間に配設され、建物に加わる地震外力を低減するすべり支承を備えてなるすベり免震装置であって、該すべり支承は下部躯体側に配置される平滑板と上部躯体側に配置されるすべり材とが相互にそれぞれの滑動面を接触して配設され、上記平滑板が複数の平滑小板を継ぎはりしてなり、少なくともすべり支承設置時には、上記継ぎはりした継ぎ目に上記すべり材の滑動面が接触していないことを特徴とする。
また、すべり支承稼働時には、上記すべり材の滑動面が上記継ぎ目に接触することを特徴とする。
【０００７】
また、上記すべり材が四フッ化エチレン樹脂を主成分とする樹脂（以下ＰＴＦＥ系樹脂と略称する）で形成され、上記平滑小板の表面に潤滑性被膜が形成されてなることを特徴とする。
また、上記平滑板上をすべり材がすべり出すまで、地震による水平力に抗して変形可能な部材がすべり支承に直列に配置されてなることを特徴とする。
また、上記変形可能な部材がゴム材または積層ゴム材であることを特徴とする。
【０００８】
複数の平滑小板を継ぎはりして平滑板とすることにより、構造体の大型化に伴いすべり材の滑動面積が大きくなっても、継ぎはりにより平滑板の面積を大きくできる。例えばすべり材が直径φ1300mm未満の場合、少なくとも一辺の長さが 1300mm の大きさの平滑小板を継ぎはりすることにより、巨大地震を想定した大きな振幅幅に対応した大きさの平滑板が容易に得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のすべり免震装置を図１および図２により説明する。図１はすべり免震装置の断面図である。また図２（ａ）はすべり支承部分の平面図、図２（ｂ）はすべり支承設置時における断面図、図２（ｃ）は稼働時の断面図をそれぞれ示す。
下部躯体１と上部躯体２との間にすべり支承３が配設されている。すべり支承３は、平滑板４が下部躯体側に、すべり材５が上部躯体側に、それぞれの滑動面を相互に接触して配置されている。なお、６は平滑板上をすべり材がすべり出すまで地震による水平力に抗して変形可能な部材であり、ゴム材または積層ゴム等で形成される。７は中板を表し必要に応じて配設される。
【００１０】
平滑板４は、複数の平滑小板４ａ、４ａ´、４ａ´を継ぎはりして形成される（図２（ａ））。平滑小板４ａの少なくとも一つは、すべり材５の滑動断面がすべり支承設置時に継ぎはりした継ぎ目４ｄに接触しないように、すべり材５の直径よりも大きな一辺の長さを有する。平滑小板４ａは基板４ｃ上に例えばボルトなどで相互に密着して固定される。また、平滑板４は、継ぎ目４ｄの隙間を 2mm以内程度に管理しながら、継ぎはりする。一例として、1200mm（横）×2000mm（縦）×5mm （厚さ）程度の大きさの平滑小板４ａの両側に 400mm（横）×2000mm（縦）×5mm （厚さ）程度の大きさの平滑小板４ａ´を縦の長さを合わせて並列に配置して平滑板４とする。また、すべり材５の大きさは、この場合、直径φ900mm 程度である。
すべり支承設置時には、すべり材５は中心となる一枚の平滑小板４ａ上に配置されている（図２（ｂ））。地震発生によりすべり免震装置が稼働した時には、継ぎはりした継ぎ目４ｄ上にすべり材５の滑動面が接触してもよい（図２（ｃ））。すべり材５の滑動面が継ぎ目４ｄ上に接触していることにより、継ぎ目の段差による衝撃、すべり材５の破壊などを防ぐことができる。なお、継ぎ目の段差による衝撃を抑えることができる構造、大きさのすべり支承であれば、稼働時にすべり材５が継ぎ目４ｄを通り過ぎてもよい。
【００１１】
本発明のすべり免震装置の他の例を図３に示す。図３（ａ）はすべり支承部分の平面図、図３（ｂ）はすべり支承設置時における断面図をそれぞれ示す。
平滑板４を並列に継ぎ目４ｄで継ぎはりして配置することにより、柱の高軸力化に対応できるとともに、すべり支承設置時の取り付け性を向上させることができる。図３において、軸力が 2000トン程度になる場合、一枚の平滑小板４ａの大きさは、1800mm（横）×2000mm（縦）×5mm （厚さ）程度であり、一個のすべり材５の大きさは、直径φ900mm 程度である。
【００１２】
本発明のすべり免震装置において、すべり支承設置時に、すべり材５のすべり面が継ぎ目４ｄの上にあると、すべり材５の滑動面が継ぎ目に沿って永久変形し、初期の摩擦係数を極端に劣化させてしまう。
【００１３】
すべり免震装置の構成としては、上述したすべり材／平滑板の構成であればよいが、柱などの上部躯体２およびフーチングなどの下部躯体１の回転角を吸収するため、すべり面の面当たり性確保のために、すべり材がすべり出す前まで水平方向に変形可能な部材６をすべり材５の上に配置し、すべり材／平滑板とともに直列に配置することが好ましい。
この水平方向に変形可能な部材６とは、単純にゴム材、すなわち、単層から積層のゴム部材、エアダンパー、オイルダンパー、ウォータダンパー、コイル、バネ、粘性体、球面受けなどのいずれも用いることができる。
また、上述したすべり免震装置のみを配置したすべり免震構造では、構造体に対して高周波成分の低減の効果が薄く、また、地震に対して残留すべりが発生する場合がある。したがって、構造体の位置が大きく移動しないことを目的に、積層ゴムなどを含む復元性を有する装置との併用が好ましい。
【００１４】
平滑小板４ａは、表面に突起がなく平坦で硬質であれば使用できる。例えば、金属板、セラミック板、ポリイミド樹脂などの硬質樹脂板、充填剤の配合によって硬質化したＰＴＦＥ系樹脂からなる板材で平滑な板であれば使用できる。これらの中で、金属板が好ましく、特に防錆性および製造コスト、加工性等を考慮するとステンレス鋼板が最も好ましい。また、基板４ｃは下部躯体１に固定できるとともに、平滑小板４ａを固定できる材料、例えば金属板であればよい。また下部躯体１が平滑状に形成されている場合、基板４ｃを省略できる。
【００１５】
すべり材５と滑動する平滑小板４ａの滑動面に潤滑性被膜４ｂを形成することが好ましい。潤滑性被膜４ｂはバインダー樹脂をマトリクス材とし、低分子量の潤滑剤を含有した被膜であることが好ましい。マトリクス材は、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂等の耐候性に優れている樹脂類が好ましい。これらの樹脂類を溶剤に溶解または分散させてマトリクス材とする。溶剤としては、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、メチルエチルケトン、メチルグリコールアセテート、２−ニトロプロパン、エチレングリコールアセテート、トルエン、クレシル酸などを例示することができ、単独でも混合溶剤であってもよい。
【００１６】
低分子量潤滑剤は、平均分子量 50000以下、好ましくは 10000以下の含フッ素重合体およびポリシロキサンを用いることができる。なお、これらの含フッ素重合体およびポリシロキサンは、耐候性などを考慮した場合、官能基を含まない重合体が好ましい。
【００１７】
また、潤滑性被膜の充填材として、低分子量潤滑剤にシリコーン樹脂粉末などの有機化合物、カーボン粉末あるいは黒鉛粉末などの無機化合物を配合できる。これらの配合剤の粒径は 1〜10μm が好ましい。
また、含フッ素重合体あるいはポリシロキサンの配合量は、マトリクス樹脂 100体積部に対して 5〜30体積部であることが好ましい。配合量が 30 体積部を越えると被膜の密着強度に問題が生じたり、耐摩耗特性が低下したりする場合がある。また、 5体積部未満であれば摩擦抵抗を低下させる効果に乏しくなる。
【００１８】
潤滑性被膜の膜厚は 5μm 以上、 30μm 以下が好ましい。 5μm 未満であれば耐久性に劣り、 30μm を越えると塗布作業が困難となり、均一な厚さで安定した膜が得られにくい。
また、被膜の表面粗さは算術平均粗さＲａにて 0.5〜2.5μm が好ましく、この潤滑性被膜と相互に滑動するすべり材の滑動面は、滑動面の中央部が僅かな凸形状、例えば凸形状の突出高さが 0.1〜1.0mmであることが好ましい。
【００１９】
以上述べた潤滑性被膜を形成するための塗液の製造は、特に限定するものではなくマトリクス樹脂、およびその他配合剤をボールタンブラミキサーなどに一括配合し、所定時間混練すればよい。また、被膜の形成方法は、一般的なスプレーコーティング後、焼成すればよい。
【００２０】
すべり材５はＰＴＦＥ系樹脂が好適に使用できる。
また、ＰＴＦＥ系樹脂は、繊維状配合剤、樹脂粉末および無機化合物粉末から選ばれた少なくとも一つの配合剤を配合することが好ましい。
ＰＴＦＥ系樹脂としては、ＰＴＦＥ樹脂と変性ＰＴＦＥ樹脂とが挙げられる。
ＰＴＦＥ樹脂はＰＴＦＥの単独重合体であって、310 〜390 ℃で軟化して圧縮成形および押出成形は可能であるが通常の射出成形は不可能な樹脂である。
【００２１】
変性ＰＴＦＥ樹脂は、ＰＴＦＥ単位と、ＰＴＦＥのフッ素が他の有機基（−Ｘ）で置換された置換ＰＴＦＥ単位とから構成される共重合体である。その一般式を化１に示す。有機基（−Ｘ）は特に限定するものではないがパーフルオロアルキルエーテル基あるいはフルオロアルキル基などが好ましい。
【化１】
0004406500.tif 000002
【００２２】
上記ＰＴＦＥ樹脂および変性ＰＴＦＥ樹脂の重合方法は限定されないが、樹脂の分子量は、約 50 万から 1,000万が好ましく、さらに限定すれば 100万から 700万が好ましい。この範囲の分子量を有することにより、すべり材として摩擦係数を小さくすることができ、また耐クリープ性などの機械的強度が維持できる。特に化１に示す変性ＰＴＦＥを用いた場合、耐クリープ特性が向上し、すべり面における許容面圧が 30MPa程度まで許容できる。それに伴い、すべり面を小さくでき、すべり免震装置の小型化が可能となるため好ましい。
【００２３】
また、ＰＴＦＥ系樹脂は、ガラス繊維あるいは炭素繊維などの繊維物、ウィスカなどの短繊維物、有機化合物系粉末、無機化合物系粉末からなる群のいずれかあるいはこれらの組み合わせからなる配合剤を配合することが好ましい。
炭素繊維はピッチ系あるいはパン系炭素繊維のいずれでもよい。特に繊維長は、0.05mm以上、0.1mm 以下のミルド繊維であることが好ましい。また、糸種は特に限定しないが、黒鉛化処理品より 1000℃程度で焼成した炭化処理品の方が好ましい。また、近年焼成温度については低弾性を狙った低温焼成品あるいは高弾性を狙った高温焼成品もあるが、これらを用いることができる。繊維径はφ20μm 以下、好ましくは、φ7〜φ15μm であり、アスペクト比は 5〜80、好ましくは 20〜50である。
【００２４】
短繊維の例として、硫酸カルシウムウィスカ、チタン酸カリウムウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、硫酸マグネシウムウィスカ等の各種ウィスカが挙げられる。
炭素繊維とウィスカを併用すれば、炭素繊維は基材を大きく補強するのに対して、これらのウィスカはミクロ補強の役割を果たすので、耐クリープ性、耐摩耗性が著しく向上すると考えられる。また、ウィスカは炭素繊維に比べて小さいため摩擦面での存在割合が大きく、ほとんどの摩擦せん断を受け持つために、すべり材を損傷しないと考えられる。しかし、ウィスカの繊維長が短すぎると十分な耐クリープ性、耐摩耗性は得られず、繊維長は炭素繊維よりもわずかに短い 50μm 前後であることが好ましい。これに該当するウィスカとしては、硫酸カルシウムウィスカが挙げられる。
【００２５】
配合剤の中で、樹脂粉末は、ＰＴＦＥの成形温度 380℃に耐えうる粉末であることが好ましい。例えば、熱可塑性ポリイミド樹脂粉末、熱硬化性ポリイミド樹脂粉末、ポリエーテルエーテルケトン樹脂粉末、全芳香族ポリエステル樹脂粉末、アラミド樹脂粉末、ポリアミドイミド樹脂粉末などが挙げられる。また、成形性などを考慮すれば、熱硬化樹脂を硬化後、 500℃以上の高温で熱処理、粉砕された有機化合物系粉末が好ましい。さらに 2000℃以上で処理し、黒鉛化したものが好ましい。熱硬化樹脂の例は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂などである。粉砕後の平均粒径は 50μm 以下、好ましくは 25μm 以下であり、形状は球状が好ましい。
【００２６】
また、無機化合物粉末は、二硫化モリブデン、酸化亜鉛、酸化チタン、黒鉛、金属酸化物粉末、ガラスビーズ、シリカ粉末等が挙げられる。
【００２７】
実際の地震を考慮した場合、相手材への攻撃性および多方向への安定したすべり性より、配合剤は有機化合物系あるいは無機化合物系粉末が好ましい。また、その形状は球状である方が相手材への非攻撃性および低摩擦特性に優れ、望ましい。具体的には球状の粉末として自己潤滑性がある黒鉛化処理された球状粉末が好ましい。
【００２８】
配合剤の配合量はＰＴＦＥ系樹脂 100体積部に対して 5〜 40 体積部であることが好ましい。配合剤が 40 体積部を越えると成形性に問題が生じたり、平滑板を損傷したりする場合がある。また、 5体積部未満であれば補強効果に乏しく、十分な耐クリープ性、耐摩耗性が得られない。
【００２９】
本発明に係るすべり材を得る工程としては、以上述べたこの発明に用いる諸原料を混合・混練した後、フリーベーキング等の一般的に知られた方法で成形し、この成形体をスカイブにより所定のシート厚みとする。構造物の一方のフーチングに設置する金属製プレートとすべり材とを接合するには、すべり材の片面をエッチングし、接着可能状態とする。その後、エポキシ系、フェノール系あるいはポリイミド系接着剤により接合させる。
【００３０】
【実施例】
まず、すべり材試験片、平滑板試験片および潤滑性被膜が形成された平滑板試験片を以下に示す方法で作製した。
（１）すべり材試験片の作製
すべり材は変性ＰＴＦＥ（三井・デュポンフロロケミカル社製  テフロンＴＧ７０Ｊ）と球状黒鉛（鐘紡社製ベルパールＣ２０００）を容量比 8：2 にてヘンシェル乾式混合機を用いてドライブレンドし、プレス機でφ124mm（外径）×φ64mm（内径）×100mm （高さ）の円筒素形材を予備成形し、 370℃×4 時間、フリーベーキング法により焼成した。さらにスカイビング加工により 1mm（厚さ）×80mm（幅）×1000mm（長さ）のシート試験片を得た。シートの片面をアルカリ処理によりエッチングし、接着可能とした。ステンレス製治具（φ50mm（直径）×10mm（厚さ））の一面にエポキシ系接着剤を用いて接合し、滑動面がφ50mm（直径）のすべり材試験片とした。
（２）平滑板試験片の作製
ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４  ２Ｂ仕上げ  住友金属社製）から表１に示すサイズに加工して平滑小板を作製して、これを 50mm 厚さの鋼材からなる基板の表面にボルトで表１に示す状態に継ぎはり固定して平滑板試験片とした。なお、表１における平滑板の材料の欄において、3Pは 3枚の平滑小板を継ぎはり固定したことを表す。またコメント欄において、40＋120＋40mmは、形状の欄における継ぎはりされた平滑小板の横方向長さをそれぞれ表す。縦方向長さは 200mmである。さらに形状の欄に示す円は直径φ50mmのすべり材試験片がすべり支承設置時における位置を示す。
（３）潤滑性被膜が形成された平滑板試験片の作製
ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４  ２Ｂ仕上げ  住友金属社製）から表１に示すサイズの平滑小板を作製した後、ボールミルタンブラを用いて、メチルエチルケトン液に分散されたフラン樹脂 100重量部に対して、ポリシロキサン 25重量部（東レ・ダウコーニング社製  ジメチルシロキサン）とシリコーン粉末 10重量部（東レ・ダウコーニング社製  Ｅ５０１）混練してコーティング液とした。ステンレスの一面にスプレーコーティングし、 200℃で約 30 分間焼成し、試験片とした。なお、潤滑性被膜の膜厚は 10〜15μm であった。
【００３１】
実施例１〜実施例４
すべり材試験片と、平滑小板を表１に示す状態に継ぎはり固定して得た平滑板試験片とを組み合わせて、すべり支承を作製して摩擦試験を行なった。試験は往復動型試験機を用いた。試験条件は、すべり速度 1cm/sec、荷重 15MPa、ストローク±40mmで 20 サイクルの往復動運転を行なった。 20 サイクル時の摩擦係数を表１に示す。
【００３２】
比較例１および参考例１
比較例１は、すべり材試験片と、平滑小板を表２に示す状態に継ぎはりして得た平滑板試験片とを組み合わせて、すべり支承を作製して実施例１と同一の条件で摩擦試験を行なった。また、参考例１は一枚板の平滑板を用いてすべり支承を作製して、実施例１と同一の条件で摩擦試験を行なった。結果を表２に示す。
【００３３】
【表１】
0004406500.tif 000003
【表２】
0004406500.tif 000004
【００３４】
表１および表２の結果から明かなように、実施例１〜実施例３のすべり支承は、摩擦係数を損なわずに平滑板の設置を作業性の良いものにできる。また、実施例４もほぼ参考例１と同じ摩擦係数が得られた。
【００３５】
【発明の効果】
本発明はすベり免震装置において、下部躯体側に配置される平滑板と、上部躯体側に配置されるすべり材とが相互にそれぞれの滑動面を接触して配設されたすべり支承を備え、上記平滑板が複数の平滑小板を継ぎはりしてなり、少なくともすべり支承設置時には、継ぎはりした継ぎ目に上記すべり材の滑動面が接触していないので、柱の高軸力化、巨大地震を想定した振幅幅を考慮して平滑板を組み合わせて大きくできる。その結果、平滑板の巨大化に対する取り付け作業性が改善され、また、製造コストを下げることができる。
特に、すべり支承稼働時には、すべり材の滑動面が平滑板の継ぎ目に接触するように複数の平滑小板を継ぎはりして配置するので、継ぎ目の段差による衝撃等を緩和してすべり材の耐久性を向上させることができる。
また、柱の軸力が 2000トンになるような場合であっても任意の大きさの平滑板にできるので、大きな建築物などの構造体にも対応できるすベり免震装置が得られる。
【００３６】
すべり支承を構成するすべり材が四フッ化エチレン樹脂を主成分とする樹脂で形成され、平滑小板の表面に潤滑性被膜が形成されてなるので、低い摩擦係数で、耐久性に優れたすベり免震装置が得られる。
【００３７】
また、平滑板上をすべり材がすべり出すまで、地震による水平力に抗して変形可能な部材がすべり支承に直列に配置されてなるので、また、該変形可能な部材がゴム材または積層ゴム材であるので、地震による残留すべりの発生を抑え、構造体の初期位置を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】すべり免震装置の断面図である。
【図２】すべり支承部分を表す図である。
【図３】他の例のすべり支承部分を表す図である。
【符号の説明】
１  下部躯体
２  上部躯体
３  すべり支承
４  平滑板
５  すべり材
６  地震力に抗して変形可能な部材
７  中板
【図１】
0004406500.tif 000005
【図２】
0004406500.tif 000006
【図３】
0004406500.tif 000007