(57)【要約】【課題】最適な面内弾性係数を有する低コストの積層支持体を提供する。【解決手段】積層支持体１０を構成する積層体３Ａ、３Ｂ、３Ｃの少なくとも１個は、他の積層体と弾性係数が異なっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム層および剛性板を交互に積層してなる円柱状の積層体を複数個、高さ方向に連結してなる積層支持体において、
前記積層体の少なくとも１個は、他の積層体と弾性係数が異なることを特徴とする積層支持体。
【請求項２】
少なくとも１個の積層体における面内方向の変位をその破断限界内で制限する面内変形制限手段を設けてなる請求項１に記載の積層支持体。
【請求項３】
前記面内変形制限手段を、前記複数の積層体のうち、弾性係数の最も大きい積層体の少なくとも１個に対してその面内方向の変位を制限するよう構成してなる請求項２に記載の積層支持体。
【請求項４】
前記面内変形制限手段を、前記複数の積層体のうち、弾性係数の最も小さい積層体の少なくとも１個に対してその面内方向の変位を制限するよう構成してなる請求項２に記載の積層支持体。
【請求項５】
前記面内制限手段を、積層体の両端を連結する複数本の紐状体で構成し、紐状体の長さを、面内変形量がゼロの状態における前記積層体の前記両端間の距離より長く、面内変形量が破断限界に達した状態における前記積層体の前記両端間の距離より短く構成してなる請求項２〜４のいずれかに記載の積層支持体。
【請求項６】
前記前記面内制限手段を、この積層体の長さ方向一端に固定して取り付けられたストッパで構成し、このストッパを、その積層体の長さ方向他端の半径方向外側まで延在させてなる請求項２〜４のいずれかに記載の積層支持体。
【請求項７】
前記積層体の少なくとも１個を非線形なバネ特性を有するもので構成してなる請求項１〜６のいずれか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持する積層支持体に関し、特に、ゴム層および剛性板を交互に積層してなる円柱状の積層体を複数個、高さ方向に連結してなるものに関する。
【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、ゴム層と剛性板とを積層してなる積層体で支持し、この積層体を、その高さ方向と直交する面内方向に弾性変形させることが行われている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
そして、構造物をより安定的に支持するため、このような積層体を、幅方向、高さ方向に連結した積層支持体が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開昭６３−３００１６０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、積層支持体は、これで加振力を効果的に低減するためには、対象となる構造物に合わせて最適な面内方向弾性係数を有するものを選定することが重要であり、一方、この弾性係数はゴムの弾性に依存するので、このためには、構造物に合わせてそれぞれの積層体の構造、材料を個別に設計する必要があり、このため量産化が難しくコスト高になっていた。
【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、最適な面内弾性係数を有する低コストの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、ゴム層および剛性板を交互に積層してなる円柱状の積層体を複数個、高さ方向に連結してなる積層支持体において、
前記積層体の少なくとも１個は、他の積層体と弾性係数が異なることを特徴とす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、少なくとも１個の積層体における面内方向の変位をその破断限界内で制限する面内変形制限手段を設けてなる請求項１に記載の積層支持体。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載するところにおいて、前記面内変形制限手段を、前記複数の積層体のうち、弾性係数の最も大きい積層体の少なくとも１個に対してその面内方向の変位を制限するよう構成してなる積層支持体。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載するところにおいて、前記面内変形制限手段を、前記複数の積層体のうち、弾性係数の最も小さい積層体の少なくとも１個に対してその面内方向の変位を制限するよう構成してなる積層支持体である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載するところにおいて、  前記面内制限手段を、積層体の両端を連結する複数本の紐状体で構成し、紐状体の長さを、面内変形量がゼロの状態における前記積層体の前記両端間の距離より長く、面内変形量が破断限界に達した状態における前記積層体の前記両端間の距離より短く構成してなる積層支持体である。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載するところにおいて、前記前記面内制限手段を、この積層体の長さ方向一端に固定して取り付けられたストッパで構成し、このストッパを、その積層体の長さ方向他端の半径方向外側まで延在させてなる積層支持体である。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載するところにおいて、前記積層体の少なくとも１個を非線形なバネ特性を有するもので構成してなる積層支持体である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、前記積層体の少なくとも１個は、他の積層体と弾性係数が異なるようにしたので、詳細を後述するように、積層支持体全体としての弾性係数を、積層支持体を構成する各積層体が有する弾性係数の中間の値にすることができるので、少ない種類の互いに弾性係数の異なる積層体を準備しておくだけで、これらの組み合わせの数だけの弾性係数を積層支持体に付与することができ、よって、最適な弾性係数を有する積層支持体を低コストで実現することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、少なくとも１個の積層体における面内方向の変位をその破断限界内で制限する面内変形制限手段を設けたので、詳細を後述するように、制限対象とした積層体の変形が所定の大きさに達したとき弾性係数が変わるような、屈曲した水平応力−水平歪みカーブを有する積層支持体を低コストで実現することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、前記面内変形制限手段を、前記複数の積層体のうち、弾性係数の最も大きい積層体の少なくとも１個に対してその面内方向の変位を制限するよう構成したので、小変位領域において弾性係数が高く、大変位領域において弾性係数が低くなるような水平応力−水平歪みカーブを有する積層支持体を得ることができ、このことによって、例えば台風や小地震のような振幅の小さな入力に対しては、変形を抑え、大地震のよう振幅の大きな入力に対しては免震効果を発揮させることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、前記面内変形制限手段を、前記複数の積層体のうち、弾性係数の最も小さい積層体の少なくとも１個に対してその面内方向の変位を制限するよう構成したので、小変位領域において弾性係数が低く、大変位領域において弾性係数が高くなるような水平応力−水平歪みカーブを有する積層支持体を得ることができ、この倍には、台風や小地震のような振幅の小さな入力に対しては、免震効果を発揮させ、大地震のよう振幅の大きな入力に対しては変形を抑えるようにすることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、前記面内制限手段を、積層体の両端を連結する複数本の紐状体で構成し、紐状体の長さを、面内変形量がゼロの状態における前記積層体の前記両端間の距離より長く、面内変形量が破断限界に達した状態における前記積層体の前記両端間の距離より短く構成したので、簡易な手段で、積層体の面内変形を制限することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、前記前記面内制限手段を、この積層体の長さ方向一端に固定して取り付けられたストッパで構成し、このストッパを、その積層体の長さ方向他端の半径方向外側まで延在させて構成したので、正確に積層体の変形量を制限することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、前記積層体の少なくとも１個を非線形なバネ特性を有するもので構成したので、一層複雑なバネ特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る実施形態の積層支持体について図を参照して以下に説明する。図１は、第１の実施形態の積層支持体を、水平方向の加振力が作用していない状態で示す断面図であり、積層支持体１０は、円柱状の積層体３Ａ、３Ｂ、３Ｃを、フランジ４を介して相互に高さ方向に連結して構成され、積層体３Ａは、ゴム層１Ａと剛性板２とを交互に積層して形成され、同様に、積層体３Ｂは、ゴム層１Ｂと剛性板２とを、積層体３Ｃは、ゴム層１Ｃと剛性板２とを、それぞれ交互に積層して形成されている。
【００２１】
なお、図中、符号５は、ゴム層１Ａ、１Ｂ、１Ｃと剛性板２との周囲を覆うカバーゴム層であり、符号６は、積層支持体１０によって支持される構造体である。
【００２２】
そして、積層支持体１０は、それらの積層体３Ａ、３Ｂ、３Ｃの少なくとも１個は、他の積層体と弾性係数が異なっているという特徴を有している。
【００２３】
ここで、積層体３Ａ、３Ｂ、３Ｃの弾性係数を変化させるには、その長さ、直径、ゴム層１の材料、剛性板２の材料、剛性板２の枚数等のファクタを少なくとも１個変化させればよいが、説明を分かりやすくするため、以下の説明においては、これらの積層体３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、ゴム材料だけが他と異なり他のファクタは全て同一であるとした。
【００２４】
また、積層体のバネ特性は、外力とそれに対する変位量との比が一定ではない非線形な特性を有するものもあるが、以下の説明においては、説明をわかりやすくするため、特に断らない限りすべて線形であるとした。
【００２５】
一般的に、ｎ個の積層体を高さ方向に積層した積層支持体において、i番目の積層体の弾性係数をλiとしたとき、積層支持体全体の弾性係数λ0は式（１）によって表すことができる。
【００２６】
これは、積層支持体の両端に水平応力σが作用したとき、各積層体の両端にもσが作用し、このとき、それぞれの積層体に発生する歪みεiは、各積層体が有する弾性係数λiを用いた式（２）で表すことができ、一方、積層支持体全体の歪みは、式（３）で表されるように、各積層体の歪みεiの合計として表すことができるので、式（２）のεiを式（３）に代入することによって式（１）を得ることができるからである。
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【００２７】
図１に示したような積層支持体１０を構成する積層体の組み合わせの例として、積層体３Ａと３Ｂとは、弾性係数λ1を有し、積層体３Ｃは、弾性係数λ2を有し、λ1はλ2より大きいものとしたとき、式（１）にこの条件を代入して、積層支持体１０の弾性係数λ01として式（４）で表されるものを得ることができ、加振応力σが作用した状態における積層支持体１０の断面形状は、図２に断面図で模式的に示すように、積層体３Ａと３Ｂとは水平方向の歪みが小さく、積層体３Ｃの水平方向の歪みは大きいものとなる。
【００２８】
積層支持体１０を構成する積層体の他の組み合わせ例として、積層体３Ａだけが、弾性係数λ1を有し、積層体３Ｂと３Ｃが、弾性係数λ2を有し、λ1はλ2より大きいものとしたとき、積層支持体１０の弾性係数λ02は、同様にして、式（５）で表されるものとなり、加振応力σが作用した状態における積層支持体１０は、図３に断面図で示すように、積層体３Ａは水平方向の歪みが小さく、積層体３Ｂと３Ｃとは水平方向の歪みが大きい。
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【００２９】
また、これらに対して、積層体３Ａ、３Ｂ、３Ｃの全てを同じ弾性係数を有するもので構成した場合、これらの水平方向に歪みはすべて同じものとなり、例えば、図４は、積層支持体１０を構成する積層体３Ａ、３Ｂ、３Ｃが全てλ1である場合に、加振応力σが作用した状態における積層支持体１０を示す断面図である。
【００３０】
図５は、積層支持体１０の積層体の異なる組み合わせに対して、積層支持体１０の弾性係数がどのように異なるかを、横軸に水平歪みをとり、縦軸に水平応力をとって示す水平応力−水平歪みカーブであり、カーブ1は、弾性係数λ1の積層体の２個と、弾性係数λ2の積層体の１個とを連結した積層支持体に対応し、このときの積層体支持体１０の弾性係数は、先述の通り式（４）で表すことができ、また、カーブ２は、弾性係数λ1の積層体の１個と、弾性係数λ2の積層体の２個とを連結した積層支持体に対応し、このときの積層支持体１０の弾性係数は、式（５）で表すことができる。
【００３１】
これに対して、カーブ３は、積層体の全てが弾性係数λ1を有する積層支持体に対応するので、積層支持体１０の弾性係数λ03はλ1であり、同様に、カーブ４は、弾性係数λ04がλ2である積層支持体１０に対応する。
【００３２】
そして、λ01、λ02、λ03、λ04の大小関係は図８に示すところとなり、この例から分かるように、２種類の積層体を用いて４種類の、弾性係数の異なる積層支持体を形成することができる。
【００３３】
図６は、第２の実施形態の積層支持体を、水平方向の加振力がゼロの状態において示す断面図であり、図７は、この実施形態の積層支持体を加振力が作用した状態において示す断面図であり、積層支持体２０は、ゴム層２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃおよび剛性板２を交互に積層してなる柱状の積層体２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを複数個、高さ方向に連結して形成され、特徴として、これらの積層体２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃの少なくとも１個は、他の積層体と弾性係数が異なっていて、しかも、それの積層体２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃの少なくとも１個は、面内方向（すなわち、積層面内方向（図の場合は水平方向であり、以下水平方向ともいう））の変位をその破断限界内で制限する面内変形制限手段によって制限されている。
【００３４】
図６、図７において、符号４は、フランジを示し、また、符号５は、ゴム層１Ａ、１Ｂ、１Ｃと剛性板２との周囲を覆うカバーゴム層であり、符号６は、積層支持体１０によって支持される構造体である。
【００３５】
なお、積層体の水平方向の変位を制限する面内変形制限手段は、積層体の高さが決まっているので、積層体の水平方向の歪みを制限することになる。
【００３６】
図６、７で示すものの場合、積層支持体２０は、３個の積層体２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを高さ方向に連結して構成され、積層体２３Ａの弾性係数はλ1、積層体２３Ｂの弾性係数はλ2、そして、積層体２３Ｃの弾性係数はλ3であり、λ1＞λ2＞λ3であるとする。
【００３７】
さらに、積層体２３Ａの水平方向の歪みをγa以下に制限する面内変形制限手段２５Ａが設けられ、また、積層体２３Ｂの水平方向の歪みをγb以下に制限する面内変形制限手段２５Ｂが設けられていて、積層支持体２０にかかる水平応力を増加させていったとき、積層体２３Ｂの水平方向の歪みがγbに達する前に、積層体２３Ａの水平方向の歪みがγaに達するように構成されている。すなわち、γa/γb＜λ2/λ1の関係が成り立っているものとする。
【００３８】
図８は、このような積層支持体２０およびこれを構成する積層体２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃの水平歪み−水平応力の関係を示すグラフ（水平応力−水平歪みカーブ）であり、カーブ２０は積層支持体２０に、カーブ２１は積層体２３Ａに、カーブ２２は積層体２３Ｂに、カーブ２３は積層体２３Ｃにそれぞれ対応する。
【００３９】
水平応力σをゼロから増加させてゆくとき、まず、最初は、どの積層体２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃも変位を制限されていないので、積層支持体２０全体の弾性係数λ0は、式（１）に基づいて、以下の式（６）で表すことができ、カーブ２４は、式（６）で表されるλ0の勾配を有する。この関係は、積層体２３Ａの歪みの上限γaに達するまで続く。積層体２３Ａにおける歪みγaは、式（７）で表される、積層支持体２０全体の歪みγxに相当し、従って、（６）が成立する条件は、積層支持体２０の歪みがγxに達するまで続くことになる。
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【００４０】
水平応力σが増加して、積層支持体２０の歪みがγxを超えると、積層支持体２０全体の弾性係数λ0は、積層体３Ｂと３Ｃとしだけが変形しないので、以下の式（８）で表されるものとなり、このときの弾性係数λ0は、図８におけるカーブ２５の勾配である。
【００４１】
さらに水平応力σが増加して、積層体３Ｂの水平方向歪みがγbを超えると、すなわち、これを積層支持体２０の水平歪みに換算して、積層支持体２０の水平歪みが式（９）で表されるγyを超えると、積層体３Ｃしか変形が許されないので、積層支持体２０全体の弾性係数λ0は、式（１０）で表されるように積層体３Ｃの弾性係数と等しくなり、範囲におけるカーブ２０は、カーブ２３と平行になる。
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【００４２】
このように、変形制限手段２５Ａ、２５Ｂを設けることにより、最初は高かった弾性係数が段階的に減少するような水平歪み−水平応力カーブを得ることができる。
【００４３】
ここで、面内変形制限手段２５Ａ、２５Ｂは、周方向に例えば等間隔に配置された複数の紐状体、例えば、図６、７に示すように、チェーン８を積層体２３Ａ、２３Ｂの高さ方向両端を連結させたもので構成することができ、この場合、水平方向の変形がゼロのときは、チェーンが弛み、所定の歪γa、γbみに達したとき、いずれかのチェーンが張るようにチェーンの長さを設定する。
【００４４】
図９は、第２実施形態の積層支持体の変形例を、水平方向の加振力がゼロの状態において示す断面図であり、図１０は、この変形例の積層支持体を加振力が作用した状態において示す断面図であり、積層支持体３０は、ゴム層３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃおよび剛性板２をそれぞれ交互に積層してなる３個の積層体３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃを高さ方向に連結して構成され、第２の実施形態のものと同様、積層体２３Ａの弾性係数はλ1、積層体２３Ｂの弾性係数はλ2、積層体３３Ｃの弾性係数はλ3であり、かつ、λ1＞λ2＞λ3であるとする。
【００４５】
この変形例の場合、面内変形制限手段として、最も弾性係数の小さい積層体３３Ｃの歪みを制限する面内変形制限手段３５Ｃだけが設けられ、積層体３３Ａ、３３Ｂの歪みを制限するものは何もない。ここで、面内変形制限手段３５Ｃは、積層体３３Ｃの歪みをγcに制限するよう機能する。
【００４６】
図１１は、このような積層支持体３０およびこれを構成する積層体３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの水平歪み−水平応力の関係を示すグラフ（水平応力−水平歪みカーブ）であり、カーブ３０は積層支持体３０に、カーブ３１は積層体３３Ａに、カーブ３２は積層体３３Ｂに、カーブ３３は積層体２３Ｃにそれぞれ対応する。
【００４７】
水平応力σをゼロから増加させてゆくとき、まず、最初は、どの積層体３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃも変位を制限されていないので、積層支持体３０全体の弾性係数λ0は、前述の式（６）で表されるものとなり、カーブ３４の勾配は、このときのλ0に該当する。
【００４８】
そして、積層体３３Ｃの水平歪みがγcを超えると、積層支持体３０全体の水平歪みは式（１１）で表されるγzを超えることになるが、このとき、積層体３３Ｃは変形を制限され積層体３３Ａと３３Ｂとだけが変形を許容されるものとなるので、積層支持体３０全体の弾性係数λ0は、式（１２）で表されるものとなり、この歪み範囲におけるカーブ３０の勾配は式（１２）で表されるλ0であり、カーブ３１とカーブ３２との間のカーブ３３と平行となる。
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【００４９】
このように、変形制限手段２５Ｃを設けることにより、最初は低かった弾性係数が段階的に増加するような水平歪み−水平応力カーブを得ることができる。
【００５０】
上記の説明において、変形制限手段２５Ａ、２５Ｂ、３５Ｃは、積層体の高さ方向両端間を連結する紐状体で構成したが、図１２に示すように、図７に示した変形制限手段２５Ａ、２５Ｂとして、チェーン８の代わりに、積層体２３Ａ、２３Ｂの長さ方向一端に固定して取り付けられたストッパ９を用いることもでき、この場合、このストッパ９を、積層体２３Ａ、２３Ｂの長さ方向他端の半径方向外側まで延在させることにより、積層体２３Ａ、２３Ｂの水平歪みがその上限に達すると、ストッパ９の先端が他端のフランジに当たってそれ以上積層体２３Ａ、２３Ｂが変形できないようになっている。
【００５１】
また、上記に説明した変形例のほか、図１３、１４に、それぞれ、水平方向の加振力がゼロの状態の断面図で示すような積層支持体も示すことができ、図６に示した積層支持体２０においては、積層体２３Ａ、２３Ｂだけにそれらの面内方向の変位を制限するチェーン８を取り付けたのに対して、図１３に示す積層支持体では、すべての積層体２３Ａ、２３Ｂ、２３について、それらの面内方向の変位を制限するチェーン８が設けられており、この場合、変位が極めて大きい場合には、すべての積層体の変形が制限されることになり、また、図１４に示した積層支持体は、弾性係数が中位の積層体２３Ｂだけに面内方向の変位を制限するチェーン８を取り付けたものであり、この場合、先に示した積層支持体とは異なるばね特性を有する積層支持体を得ることができる。
【００５２】
また、以上の例では、各積層体は線形なバネ特性を有するとしたが、例えば、図６に示した積層支持体を構成する積層体の少なくとも一つを非線形のものを選定することによって、さらに複雑な特性を具えさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の積層支持体を、水平方向の加振力が作用していない状態で示す断面図である。
【図２】第１の実施形態の積層支持体を、加振力が作用した状態において示す断面図である。
【図３】第１の実施形態の積層支持体の他の態様を、加振力が作用した状態において示す断面図である。
【図４】積層体の弾性係数が全て同じ場合の積層支持体を、加振力が作用した状態において示す断面図である。
【図５】第１の実施形態の積層支持体の水平応力−水平歪みカーブを示すグラフである。
【図６】第２の実施形態の積層支持体を、加振力が作用していない状態において示す断面図である。
【図７】第２の実施形態の積層支持体を、加振力が作用している状態において示す断面図である。
【図８】第２の実施形態の積層支持体の水平応力−水平歪みカーブを示すグラフである。
【図９】第２実施形態の変形例の積層支持体を、加振力が作用していない状態において示す断面図である。
【図１０】第２実施形態の変形例の積層支持体を、加振力が作用している状態において示す断面図である。
【図１１】第２実施形態の積層支持体の変形例に対する水平応力−水平歪みカーブを示すグラフである。
【図１２】第２実施形態の他の変形例の積層支持体を示す断面図である。
【図１３】第２実施形態の他の変形例の積層支持体を示す断面図である。
【図１４】第２実施形態の他の変形例の積層支持体を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ    ゴム層
２    剛性板
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ    積層体
４    フランジ
５    カバーゴム層
６    構造体
８    チェーン
９    ストッパ
１０    積層支持体
２０    積層支持体
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ    ゴム層
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ    積層体
２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ    面内変形制限手段
３０    積層支持体
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ    ゴム層
３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ    積層体
３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ    面内変形制限手段
【図１】
2009236164.tif 000008
【図２】
2009236164.tif 000009
【図３】
2009236164.tif 000010
【図４】
2009236164.tif 000011
【図５】
2009236164.tif 000012
【図６】
2009236164.tif 000013
【図７】
2009236164.tif 000014
【図８】
2009236164.tif 000015
【図９】
2009236164.tif 000016
【図１０】
2009236164.tif 000017
【図１１】
2009236164.tif 000018
【図１２】
2009236164.tif 000019
【図１３】
2009236164.tif 000020
【図１４】
2009236164.tif 000021