(57)【要約】【課題】微小歪み領域においても鉛と同等の減衰特性を有する積層支持体を提供する。【解決手段】プラグ４を、弾完全塑性体よりなる塑性流動材に硬質充填材を充填してなる１個以上の第一部材２１と、低降伏材料よりなる１個以上の第二部材２２とを組み合わせて構成する。【選択図】図１
2009210064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状のプラグの周囲に、弾性板と剛性板とを交互に積層してなる積層体を配設した積層支持体において、
前記プラグを、弾完全塑性体よりなる塑性流動材に硬質充填材を充填してなる１個以上の第一部材と、鉛を除く低降伏材料よりなる１個以上の第二部材とを組み合わせて構成してなる積層支持体。
【請求項２】
前記プラグを円柱状に構成し、前記第二部材を半径方向中心に配置し、その周囲に前記第一部材を配置してなる請求項１に記載の積層支持体。
【請求項３】
前記塑性流動材の剪断降伏応力σyを、0.1pa〜10Mpaとしてなる請求項１もしくは２に記載の積層支持体。
【請求項４】
前記硬質充填材を金属よりなるものとする請求項１〜３のいずれかに記載の積層支持体。
【請求項５】
前記金属を鉄粉としてなる請求項４に記載の積層支持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物等の構造物を支承するための積層支承体に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震等によって建物等の構造物に作用する加振力を低減するため、この構造物を、柱状のプラグの周囲に、弾性板と剛性板とを交互に積層してなる積層体を配設した積層支持体で支持することが行われており、このような積層支持体は、垂直荷重を支持するとともに、水平方向の加振力に対してゴム層の有する弾性力で加振力が構造物へ伝達するのを抑えるとともに、プラグの有する減衰性能によって加振エネルギーを熱に変換して減衰させることができる。
【０００３】
そして、プラグに高い減衰性能を付与するために鉛等の金属が用いられてきたが、鉛はは環境問題から廃却時等に要するコストのかかるため、例えば、未加硫ゴムを主体とするゴム組成物よりなる塑性流動材に、鉄粉等の硬質充填材を充填してプラグを構成することが提案されている（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−３１６９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなプラグを配設した積層支持体は、大変形時には鉛と同等の減衰特性を示すものの、微小歪みに対して減衰特性は低く、この点において改良てが求められていた。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、微小歪み領域においても鉛と同等の減衰特性を有する積層支持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】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、柱状のプラグの周囲に、弾性板と剛性板とを交互に積層してなる積層体を配設した積層支持体において、
前記プラグを、弾完全塑性体よりなる塑性流動材に硬質充填材を充填してなる１個以上の第一部材と、鉛を除く低降伏材料よりなる１個以上の第二部材とを組み合わせて構成してなる積層支持体である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載するところにおいて、前記プラグを円柱状に構成し、前記第二部材を半径方向中心に配置し、その周囲に前記第一部材を配置してなる積層支持体である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１もしくは２に記載するところにおいて、前記塑性流動材の剪断降伏応力σyを、0.1pa〜10Mpaとしてなる積層支持体である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載するところにおいて、前記硬質充填材を金属よりなるものとする積層支持体である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載するところにおいて、前記金属を鉄粉としてなる積層支持体であるである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、前記プラグを、弾完全塑性体よりなる塑性流動材に硬質充填材を充填してなる１個以上の第一部材と、鉛を除く低降伏材料よりなる１個以上の第二部材とを組み合わせて構成したので、鉛を用いることなく、低歪み領域でも高い減衰性能を担持させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、前記プラグを円柱状に構成し、前記第二部材を半径方向中心に配置し、その周囲に前記第一部材を配置したので、形状保持性に乏しい第二部材を周囲の第一部材で拘束することにより形状を安定化させ性能を維持させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記塑性流動材の剪断降伏応力σyを、0.1pa〜10Mpaとしたので、第一部材の減衰性能を高いものにすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、前記硬質充填材を金属よりなるものとしたので、第一部材の減衰性能をさらに高めることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、前記金属を鉄粉としたので、その減衰性能を第一部材の減衰性能をなお一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る実施形態の積層支持体を、図を参照して説明する。図１、２はこの実施形態の積層支持体を示す断面図であり、図１は、剪断変形していない状態の積層支持体を、また、図２は、剪断変形している状態の積層支持体をそれぞれ示し、積層支持体１０は、柱状のプラグ４の周囲に、ゴム層１および剛性板２を交互に積層してなる断面環状の積層体３を配設して構成されていて、構造物８および支持基盤９の間に取り付けられ、地震等によって支持基盤９に作用する水平面内方向の加振力が構造物８に伝達するのを低減するとともにそのエネルギーを減衰させるよう機能する。なお、剛性板２は、例えば、金属やプラスチック等の剛性の高い板材よりなる。
【００１７】
図１、２において、積層体３の周囲にこれを保護するカバーゴム５を配設することもできる。また、図中、符号６は、積層支持体１０を構造物８および支持基盤９に取り付けるためのフランジである。
【００１８】
積層支持体１０は、その特徴として、プラグ４が、弾完全塑性体よりなる塑性流動材に硬質充填材を充填してなる１個以上の第一部材２１と、低降伏材料よりなる１個以上の第二部材２２とを組み合わせて構成されており、このことによって、低歪み領域を含む広い領域において高いエネルギー減衰特性を備えさせることができる。以下、プラグ４について、詳細を説明する。
【００１９】
プラグ４の第一部材２１は、弾完全塑性体よりなる塑性流動材１１に硬質充填材１２を充填して構成され、例えば、図３にその一部分を拡大した断面図で示すように、塑性流動材１１中に硬質充填剤として球状体１２が分散された状態に配置されている。
【００２０】
この弾完全塑性体とは、４に示すように、ある降伏点まではせん断応力とせん断ひずみとが比例するが、この降伏点を超えると、せん断応力が一定の値σyになるような挙動を示す材料をいう。なお、図中、εbは剪断破断歪みを表す。
【００２１】
このように構成された積層支持体１０では、支持基盤９とこれによって支持される構造物８との水平方向への相対移動（振動）により、２に示すように積層体４がせん断変形し、その弾性によってこの加振力の構造物８への伝達を低減させる。このとき、プラグ４の第一部材２１内の塑性流動材１１も流動しつつ全体としてせん断変形し、上記の振動のエネルギーを吸収する。そして、塑性流動材１１内に硬質充填材としての球状体１２が充填されているため、塑性流動材１１が積層体３の内周面と接触するだけでなく、塑性流動材１１と球状体１２とが摩擦して相対移動するため、その減衰特性が向上し、より大きな減衰力を発揮してエネルギー吸収することができる。
【００２２】
特に、本発明においては、塑性流動材１１を弾完全塑性体（非硬化弾塑性体）で構成しているため、充填された球状体１２（硬質充填材）の分散状態が安定する。すなわち、球状体１２は、不用意に沈殿したり偏在したりすることがなく、塑性流動材１１内で均一に分布する。このため、塑性流動材１１の減衰特性が部分的に変化することもなく、安定した減衰性能を発揮できる。
【００２３】
なお、本実施形態では、本発明の硬質充填材の例として、球形に形成された球状体１２を挙げたが、硬質充填材としては、塑性流動材１１内に充填されることで、塑性流動材１１と接触して接触面積を増大させることができれば、特に限定されなく、たとえば、５（Ａ）に示す回転楕円体形状硬質充填材１３、５（Ｂ）に示す円柱形状硬質充填材１４、５（Ｃ）に示すＬ字状硬質充填材１５、５（Ｄ）に示すＵ字状の硬質充填材１６等を挙げることができる。また、５（Ｅ）に示すように、長円状の複数の環状部材１７を鎖状に連結した構造の鎖状硬質充填材１８でもよい。なお、鎖状硬質充填材１８を構成する環状部材１７は、完全に閉じた環状になっている必要はなく、たとえば、一部が開放されたＵ字状のものや、馬蹄形状のもの、渦巻状のもの、螺旋状のもの等であっても、連結状態が不用意に解消されない程度に「略環状」の形状になっていればよい。
【００２４】
なお、硬質充填材を本実施形態のように球形とすると、その方向性が無くなるので、任意の方向で安定した減衰特性を発揮させることができ、好ましい。この場合の「球形」には、完全な球形が含まれるのはもちろんであるが、実質的に方向依存性がない程度であれば、完全な球形でなくてもよい。たとえば、正多面体形状や、図５（Ｆ）に示すような形状（表面が五角形と六角形とで構成されているサッカーボール形状）の硬質充填材１９等であってもよい。正多面体形状の場合には、面数が多くなるほど球形に近づき、方向性が解消されるので好ましい。
【００２５】
また、硬質充填材を粒状体とすれば、塑性流動材１１中での分散状態が良好になり、減衰性能が安定するので好ましい。たとえば、上記した回転楕円体形状、円柱形状、Ｌ字状、Ｕ字状の硬質充填材はいずれも、塑性流動材１１内で硬質充填材の挙動の各々が独立しているので、粒状体とみなすことができる。
【００２６】
硬質充填材を粒状体とした場合、その最大粒径dを、0.002mm以上2.0mm以下とすれば、高い減衰性能を得ることができて好ましい。さらに、この最大粒径dを、0.01mm以上0.06mm以下とすれば、より高い減衰性能を得ることができてさらに好ましい。
【００２７】
また、硬質充填材の材質としては、塑性流動材１１に対して剛性とみなせる程度の硬さを有するものであればよいが、大きな減衰特性が得られる点で、これを金属とするのが好ましく、これを鉄粉とするとさらに好ましい。
【００２８】
塑性流動材１１に対する硬質充填材の体積率としては、25%以上で74%以下とすることが好ましい。硬質充填材の体積充填率を25%以上とすることで、塑性流動材１１と硬質充填材との接触面積を広く確保して、大きな減衰力を得ることができる。
【００２９】
また、この体積充填率を74%以下とすることで、硬質充填材どうしの接触を防止し、減衰性能を高く維持できる。
【００３０】
塑性流動材１１としては、要するに弾完全塑性体（非硬化弾塑性体）で構成されていれば、硬質充填材の分散状態を安定させることができる。特に、塑性流動材の剪断降伏応力σyは、0.1Mpa以上で10Mpa以下とすることが好ましい。すなわち、0.1Mpa以上とすることで、十分な減衰性能を得ることが可能になる。10Mpa以下とすることで、塑性流動材を大きく塑性変形させることが可能になる。
【００３１】
プラグ４は、図１、２に示す例では、このような第一部材２１を筒状に形成し、筒の内側の空間部分を円柱状の低降伏材料よりなる第二部材２２で置換する配置で構成されている。ここで、低降伏材料とは、降伏点が220Mpa以下で伸び量が40%以上という変形特性の優れた材料をいい、このような低降伏材料は、歪みの小さな領域においても高い減衰性能をしていて、このような材料の具体例としては、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐｂと、これらの合金、さらに、Ａｌ−Ｚｎや低降伏点鋼、低降伏点樹脂等を挙げることができる。
【００３２】
図６は、詳細を後述する実施例と比較例とに対して剪断歪み−剪断応力の関係を測定したＳ−Ｓカーブであり、実施例は、円柱状の第二部材２２の周囲に筒状の第一部材２１を配置して構成されたプラグ４を有する積層支持体１０であり、比較例は、実施例と同じサイズのプラグ４を第一部材だけで構成した点が実施例と異なっていて、図５に示すように、第二部材２２を第一部材に負荷することにより、低歪み領域においてプラグは大きく塑性変形する特性を有しこのことによって低歪み変形時のエネルギーの吸収を高めることができる。
【００３３】
上記の説明において、プラグ４を構成する第一部材と第二部材との組み合わせ態様として、図７に示すように第二部材２２の周囲に第一部材２１を配置したが、プラグの構成としてはこれに限定されるものではなく、例えば、図８に示すように第一部材２１Ａの周囲に第二部材２２Ａを配置してプラグ４Ａを構成してもよく、また、図９に示すように、第一部材２１Ｂ内に複数本の円柱状第二部材２２Ｂを配置してプラグ４Ｂとすることもでき、さらには、図示しないが第一部材と第二部材とを高さ方向に積層してもよい。
【実施例】
【００３４】
図１、２に示すような円筒形の第一部材２１とその内側に挿入された第二部材２２とでなるプラグ４を有する積層支持体１０を実施例とし、これと比較するため、プラグが第一部材だけでできている点だけが実施例と異なる積層支持体を比較例として、これらの積層支持体を試作し、これらの両端面を平行にずらす方向に加振力を加えその歪み応答を測定した。結果を、図１０、１１の剪断歪み−剪断応力曲線図に示す。図１０は高歪み振幅に対応するものであり、図１１は、低歪み振幅に対応するものである。
【００３５】
なお、上記４種の例の共通仕様は以下の通りである。
１）積層支持体の外径：225mm
２）積層支持体の高さ（フランジの部分は除く）：64.2mm
３）剛性板の枚数：24枚
４）剛性板の厚さ：0.8mm
５）剛性板の材料：鋼板
６）ゴム層の材料：天然ゴム
７）プラグの外径：45mm
８）塑性流動材の配合
未加硫ゴム：100質量部
カーボンブラック：120質量部
樹脂（フェノール樹脂等）：60質量部
９）塑性流動材の剪断降伏応力σy：7.3Mpa
１０）硬質充填材の材料：鉄粉
１１）硬質充填材の形状：不定形
１２）硬質充填材の平均粒径：0.4mm
１３）塑性流動材に対する硬質充填材の体積百分率：65%
１５）第二部材の材料；Sn（実施例のみ）
１６）第二部材の外径；22.5mm（実施例のみ）
【００３６】
また、試験の条件は、以下の通りであり、図１０の剪断歪み−剪断応力曲線図におけるヒステリシスループは、3回目のループである。
加振変位振幅： 積層弾性体の総厚さを100%として、60%（低歪み振幅時、図１１の第1ループ目に対応）および100％（高歪み振幅時、図１０の第３ループ目に対応）
加振周波数： 0.33Hz
垂直面圧： 10Mpa
【００３７】
図７から明らかなように、第一部材だけで構成された比較例のプラグに対して、実施例のものは低歪み領域においても高い減衰性能を示すことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る実施形態の積層支持体を、剪断変形のない状態において示す断面図である。
【図２】本発明に係る実施形態の積層支持体を、剪断変形した状態において示す断面図である。
【図３】プラグの一部を拡大して示す断面図である。
【図４】弾完全塑性体を説明するための、剪断歪み-剪断応力曲線図である。
【図５】硬質充填材の形状を例示する斜視図である。
【図６】実施例および比較例に対するＳ−Ｓカーブである。
【図７】本実施形態の積層支持体におけるプラグを示す断面図および平面図である。
【図８】変形例のプラグを示す断面図および平面図である。
【図９】他の変形例のプラグを示す断面図および平面図である。
【図１０】実施例と比較例との、高歪み領域における剪断歪み−剪断応力曲線図である。
【図１１】実施例と比較例との、低歪み領域における剪断歪み−剪断応力曲線図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    ゴム層
２    剛性板
３    積層体
４    プラグ
５    カバーゴム
６    フランジ
８    構造物
９    支持基盤
１０    積層支持体
１１    塑性流動材
１２    球状体
１３    回転楕円体形状硬質充填材
１４    円柱形状硬質充填材
１５    Ｌ字状硬質充填材
１６    Ｕ字状硬質充填材
１７    環状部材
１８    鎖状硬質充填材
１９    硬質充填材
２１    第一部材
２２    第二部材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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