JP2009008181A - プラグ入り免震装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層体にプラグを挿入するに際し、プレス機などによる押圧を要せずに製造可能なプラグ入り免震装置の製造方法を提供する。
【解決手段】軟質板層と硬質板層とをそれぞれ交互に複数積層してなり、中央から積層方向に貫通するプラグ挿入用貫通孔を有する積層体のプラグ挿入用貫通孔に、プラグを挿入する工程を含むプラグ入り免震装置の製造方法であって、前記プラグ挿入用貫通孔にプラグを挿入する際の積層体を１００〜１６０℃の高温状態とすることを特徴とするプラグ入り免震装置の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層体に鉛などのプラグが挿入されたプラグ入り免震装置の製造方法に関する。

免震装置においては、振動を減衰させるために、ゴム板と鋼板とを厚み方向に交互に積層した積層ゴム本体内に、鉛プラグを挿入しているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような免震装置では、積層ゴム本体がせん断変形するときに、鉛プラグが塑性変形することで振動のエネルギーを吸収している。

ところで、鉛プラグは、該鉛プラグを挿入する空隙の容積に対して数％程度大きいものが使用されるが、そのような鉛プラグを挿入するには、従来においては、例えば、１）予め中央部に空隙を有する積層体を作製する。２）積層体の下側を上向きに置き、底面のキャッププレートを取り付け固定する。３）積層体を上下反転して開口部を上に向ける。４）鉛プラグを中央部に挿入する。５）上側のキャッププレートをはめ、プレス機などで鉛プラグを押す。６）上側のキャッププレートを固定する。などの手法が採用されていた。
特開平１−２５０５４７号公報

ところが、上記方法では、挿入後における鉛プラグの押圧には大きな力が必要であり、そのためプレス機にセットして押圧するなど、製造時の工数が余分に必要となる問題があった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。すなわち、
本発明の目的は、積層体にプラグを挿入するに際し、プレス機などによる押圧を要せずに製造可能なプラグ入り免震装置の製造方法を提供することにある。

本発明のプラグ入り免震装置の製造方法は、軟質板層と硬質板層とをそれぞれ交互に複数積層してなり、中央から積層方向に貫通するプラグ挿入用貫通孔を有する積層体のプラグ挿入用貫通孔に、プラグを挿入する工程を含むプラグ入り免震装置の製造方法であって、前記プラグ挿入用貫通孔にプラグを挿入する際の積層体を１００〜１６０℃の高温状態とすることを特徴としている。
このような本発明の製造方法では、軟質板層の材料の温度による伸縮特性を利用してプラグの挿入をすることで、プラグ圧入時に大きな力を必要とせず、プレス機などによる押圧の工程を設ける必要がないため製造工数を低減することができる。

さらに、前記プラグ挿入用貫通孔の両端の開口を一対の蓋体で封止する工程を含み、前記蓋体で封止した後の容積であって、前記積層体を高温状態としたときのプラグ挿入用貫通孔の容積を予め求め、該容積と前記プラグの体積とが等しくなるように設定することが好ましい。
この構成によると、高温状態でプラグ挿入用貫通孔に挿入したプラグは、温度低下に伴う軟質板層の収縮により上下から押圧されて押し潰される状態となって膨張し、プラグ挿入用貫通孔の壁面に食い込んで強固に固定される。

前記軟質板層が熱によって硬化する材料からなり、前記積層体を作製するに際し、前記材料を１２０℃以上に加熱して硬化し軟質板層を形成する工程を含み、該軟質板層形成後の積層体を１００〜１６０℃の高温状態を保持してプラグ挿入用貫通孔にプラグを挿入することが好ましい。
この構成によると、積層体を製造する工程で前記積層体を冷却することなく、効率良く製造することができる。

前記積層体を作製後、該積層体の温度が１００℃未満となる過程を含んでもよい。
つまり、積層体を作製後に一度低温となり、その後加熱により高温状態としても構わない。

挿入するプラグの温度としては１０〜３０℃であることが好ましい。
このように、プラグの温度が低くすると体積が小さくなり、積層体のプラグ挿入用貫通孔への挿入が容易となる。

前記プラグは鉛からなることが好ましい。
鉛は、繰返し変形が可能という特性を有するため、免震用のダンパとして非常に優れた機能を発揮することができる。

本発明によれば、積層体にプラグを挿入するに際し、プレス機などによる押圧を要せずに製造可能なプラグ入り免震装置の製造方法を提供することができる。

本発明のプラグ入り免震装置の製造方法は、軟質板層と硬質板層とをそれぞれ交互に複数積層してなり、中央から積層方向に貫通するプラグ挿入用貫通孔を有する積層体のプラグ挿入用貫通孔に、プラグを挿入する工程を含むプラグ入り免震装置の製造方法であって、前記プラグ挿入用貫通孔にプラグを挿入する際の積層体を１００〜１６０℃の高温状態とすることを特徴としている。
以下に先ず、本発明のプラグ入り免震装置の製造方法により製造されるプラグ入り免震装置について説明する。

［プラグ入り免震装置］
図１には、プラグ入り免震装置１０（以下、単に「免震装置１０」と称する。）が示されている。この免震装置１０は、ビル等の比較的大きい建物に適用され、ばね機能と減衰機能とを併せ持つ。免震装置１０は、積層体１２を備えている。積層体１２は、円柱状とされ、円形の中心部には、厚み方向（矢印Ｂ方向）に円柱状に貫通したプラグ挿入用貫通孔１２Ｈが形成されている。積層体１２の環状部分は、複数枚の円盤状の金属板（硬質板層）１４と、同じく複数枚の円盤状のゴム（軟質板層）１６とを厚み方向（矢印Ｂ方向）に交互に複数積層した積層体とされている。金属板１４とゴム１６とは、加硫接着により強固に一体化されている。このように、ゴム１６だけでなく、金属板１４を使用してこれらを交互に積層したことで、鉛直方向（矢印Ｃ方向）の荷重に対しては所定の剛性を有し、水平方向（矢印Ｅ方向）の荷重に対してはばね機能を発揮すると共に十分な変形量を確保することが可能になっている。

金属板１４の外径は、積層体１２の外径よりも小さくされており、金属板１４の外縁には、円筒状に被覆ゴム１８が配置されている。この被覆ゴム１８によって金属板１４が覆われており、金属板１４の劣化が防止されている。

積層体１２の厚み方向（矢印Ｂ方向）の両端側には、取付プレート２０、２２が固着されている。取付プレート２０、２２は、肉厚の円環状の鋼板からなり、積層体１２のプラグ挿入用貫通孔１２Ｈに連続する中央孔２１、２３が貫通して形成されている。中央孔２１、２３には、通孔１２Ｈの延長部を構成する小円孔部２１Ｈ、２３Ｈが形成され、この小円孔部２１Ｈ、２３Ｈは、通孔１２Ｈと同径とされている。下側中央孔２１の下部及び上側中央孔２３の上部には、小円孔部２１Ｈ、２３Ｈよりも大径の大円孔部２１Ｇ、２３Ｇが形成されている。小円孔部２１Ｈ、２３Ｈと大円孔部２１Ｇ、２３Ｇとの間は、リング状の段差部２１Ｆ、２３Ｆとされている。取付プレート２０、２２はそれぞれ、地盤に設置される建物基礎（図示省略）及び免震装置１０上に設置される建物本体（図示省略）に固定される。この状態で、地盤（及び建物基礎）と建物本体とが水平方向に相対移動すると、この相対移動の振動エネルギーが、積層体１２のせん断変形によって一部が吸収されるようになっている。

積層体１２の通孔１２Ｈの内部には、円柱状のプラグたる鉛プラグ２６（コア）が圧入されている。減衰材としての鉛プラグ２６には、純鉛又は鉛合金が適用される。ここで、鉛プラグ２６は、引張降伏応力が１５ＭＰａ前後、破断伸びが５０％前後の機械的性質をもつものを使用することができる。このように、鉛プラグ２６は、延性が高く、容易に塑性変形する。このため、鉛プラグ２６は、積層体１２がせん断変形するときに塑性変形し、ダンパとして機能するものである。なお、鉛は、繰返し変形が可能という特性を有するため、免震用のダンパとして非常に優れた材料である。

図１に示すように、鉛プラグ２６の下端面及び上端面は、それぞれ円盤状のキャップ（蓋体）２８、３０で覆われており、このキャップ２８、３０は、図２に示すように、取付プレート２０、２２の中央孔２１、２３に溶融接着されている。キャップ２８、３０は、中央孔２１、２３に嵌合する形状とされ、図１に示すように、小径円柱部２８Ａ、３０Ａと大径円柱部２８Ｂ、３０Ｂとを備えている。

以上の構成において、免震装置１０は、地盤に設置される建物基礎（図示省略）と、建物本体（図示省略）との間に設置されて固定され、建物本体の荷重を支持する。

地震等による振動が作用していない通常時においては、積層体１２は、建物本体（図示省略）から上側取付プレート２２に対して鉛直方向（矢印Ｃ方向）に作用する荷重を下側取付プレート２０及び建物基礎（図示省略）に伝達支持する。

地震時においては、取付プレート２０、２２が互いに水平方向（矢印Ｅ方向）に相対移動する。このとき、積層体１２は、ばね機能を発揮して相対移動に追従しながら、せん断変形によって相対移動の振動エネルギーを一部吸収する。また、積層体１２がせん断変形すると、鉛プラグ２６は塑性変形する。この鉛プラグ２６の塑性変形により、振動エネルギーは吸収され、振動は減衰される。

以上の免震装置１０においては、硬質板層１４として金属板を使用したが、本発明はそれに限定されず、金属と同程度のヤング率を持つ樹脂板を使用してもよい。また、軟質板層１６の材料としてゴムを使用したが、本発明はそれに限定されず、ゴム同様の弾性を有する樹脂材料を使用してもよい。さらに、プラグとして鉛のものを使用し、鉛が最も好ましい材料が、本発明はそれに限定されず、鉛の他に、錫、アルミニウム等の金属や合金等 を使用することができる。

［プラグ入り免震装置の製造方法］
以上のプラグ入り免震装置は、本発明のプラグ入り免震装置の製造方法によって製造することができる。
以下に本発明の製造方法について図面を参照して説明する。

まず、積層体１２の作製方法について、軟質板層１６にゴムを用いたものを例に説明する。
既述のように、積層体１２は、硬質板層１４と軟質板層１６とが交互に積層され、接着されて構成される。
ここで、軟質板層１６に用いられるゴムシートは、未加硫ゴムの状態で圧延してシート状に成形され、所定の型で打ち抜かれた後、金属板等の硬質板層１４と交互に積層され、ゴムシートを加硫、硬化させて硬質板層１４と密着されて積層体１２が製造される。

作製した積層体１２の底面のプラグ挿入用貫通孔１２Ｈの開口に下キャップ２８を取り付け固定する（図３（Ａ）参照）。下キャップ２８の固定方法としては、既述の溶融接着やボルトによる固定のように強固に固定できる方法を採用することが好ましい。

次いで、積層体１２の上下を反転させ（ひっくり返し）、下キャップ２８を取り付けた開口とは反対側の開口を上に向け、１００〜１６０℃の高温状態とする（図３（Ｂ）参照）。勿論、高温状態とした後に積層体１２を反転させてもよい。なお、積層体１２を当該高温状態とすることにより積層体１２中の軟質板層１６の形成材料であるゴムが膨張し、プラグ挿入用貫通孔１２Ｈの容積が大きくなる。

次いで、高温状態を維持した状態で、前記開口から鉛プラグ２６を挿入する（工程Ｃ、図３（Ｃ）参照）。
ここで、鉛プラグ２６の体積は、上キャップ３０と下キャップ２８とで封止した後の容積であって、高温時のプラグ挿入用貫通孔の容積と等しくなるように設定することが好ましい（その理由については後述する。）。つまり、高温下で大きくなるプラグ挿入用貫通孔の容積（上下キャップで封止後）を予測し、その容積と等しい体積の鉛プラグ２６を用いることが好ましい。なお、ここでいう「等しい体積」とは、完全に同一の体積であることを意味するものではなく、数％程度は異なっていてもよい。
高温時のプラグ挿入用貫通孔の容積は、例えば軟質板層がゴムからなるとき、以下のようにして予測することができる。すなわち、ゴムの伸縮特性は、温度とゴムのボリューム（厚さ）によって決まる。例えば、ゴム総厚２００ｍｍの積層ゴムは温度が１０℃上昇すると約１．２ｍｍ高くなる。プラグ挿入用貫通孔は、径方向においては硬質板層に規制されて膨張することは考え方難いため、高温時の膨張は高さ方向のみと見なすことにより、ある温度でのプラグ挿入用貫通孔の容積を求めることができる。
なお、鉛プラグの体積は室温におけるプラグ挿入用貫通孔の容積よりも数％大きいことから、例えば、直径φ１０００ｍｍ、ゴム総厚２００ｍｍの積層ゴムにおける鉛挿入用貫通孔の空隙容積はφ２００×３８０ｍｍであるから、該積層ゴムは数ｍｍ〜１０ｍｍ程度の伸縮特性が必要となる。

また、鉛プラグ２６の挿入時において、鉛プラグ２６を１０〜３０℃（好ましくは１５〜２５℃）の低温度とすることで、鉛プラグ２６が収縮する（あるいは、必要以上に膨張しない）ことにより、プラグ挿入用貫通孔１２Ｈに容易に挿入できるようになる点で好ましい。

鉛プラグ２６を挿入後、上キャップ３０を取り付けて固定する（図３（Ｄ）参照）。このときの固定方法も下キャップ２８の固定方法と同様に強固に固定できる方法を採用することが好ましい。

最後に、積層体１２を冷却する（図３（Ｅ）参照）。ここで、当該冷却は、冷却機器を用いるなど積極的に冷却してもよいし、あるいは室温下に放置するのみでもよい。
本工程において、積層体１２の温度が低下すると、高温時に高さ方向に膨張していた軟質板層１６のゴムが収縮し、プラグ挿入用貫通孔１２Ｈの容積が小さくなろうとする。このとき、既述のように、鉛プラグ２６の体積が高温時におけるプラグ挿入用貫通孔１２Ｈの容積と等しい体積であると、プラグ挿入用貫通孔１２Ｈの上下キャップ２８、３０は強固に固定されているために、鉛プラグ２６が押圧されることとなる。すると、鉛プラグ２６が、上下から押し潰される状態となりプラグ挿入用貫通孔１２Ｈの径方向に膨張する。そして、鉛プラグ２６は、膨張によりプラグ挿入用貫通孔１２Ｈ内の壁面に食い込む状態で強固に固定される。
以上により、本発明のプラグ入り免震装置の製造方法においては、プレス機などを使用せずにプラグを圧縮することができ、製造時の工数を削減することができる。

以上の説明は、積層体を作製後、該積層体の温度が１００℃未満となる過程を含む場合であり、積層体が１００℃未満になった状態から加熱などにより１００〜１６０℃の高温状態としてプラグ挿入用貫通孔にプラグを挿入したが、軟質板層が熱によって硬化する材料からなる場合、積層体の作製工程における当該材料の加熱硬化直後の高温状態をそのまま保持してプラグ挿入をすることができる。例えば、熱によって硬化する材料が加硫ゴムの場合、加硫直後の温度は１２０〜１４０℃程度であり、その温度を保持してプラグを挿入すれば、別途加熱によって高温状態とする必要がなく、積層体の作製からプラグ挿入までを連続的に行うことができるため製造効率が高い。

以上のようにして、本発明の製造方法のより圧入したプラグが適正か否かは性能検査により確認することができる。具体的には、積層体に水平変形を与え、水平荷重−水平変位特性から切片荷重を測定することによって確認することができる。

本発明に係る免震装置を一部破断して示す斜視図である。（上キャップは、分離して示す。） 本発明に係る免震装置を示す、図１の２−２線断面に相当する断面図である。 本発明のプラグ入り免震装置の製造方法における各工程を模式的に示す図である。

符号の説明

１０ 免震装置
１２ 積層体
１２Ｈ プラグ挿入用貫通孔
１４ 硬質板層（金属板）
１６ 軟質板層（ゴム）
２６ 鉛プラグ

Claims (6)

1. 軟質板層と硬質板層とをそれぞれ交互に複数積層してなり、中央から積層方向に貫通するプラグ挿入用貫通孔を有する積層体のプラグ挿入用貫通孔に、プラグを挿入する工程を含むプラグ入り免震装置の製造方法であって、
   前記プラグ挿入用貫通孔にプラグを挿入する際の積層体を１００〜１６０℃の高温状態とすることを特徴とするプラグ入り免震装置の製造方法。
2. さらに、前記プラグ挿入用貫通孔の両端の開口を一対の蓋体で封止する工程を含み、前記蓋体で封止した後の容積であって、前記積層体を高温状態としたときのプラグ挿入用貫通孔の容積を予め求め、該容積と前記プラグの体積とが等しくなるように設定することを特徴とするプラグ入り免震装置の製造方法。
3. 前記軟質板層が熱によって硬化する材料からなり、前記積層体を作製するに際し、前記材料を１２０℃以上に加熱して硬化し軟質板層を形成する工程を含み、該軟質板層形成後の積層体を１００〜１６０℃の高温状態を保持してプラグ挿入用貫通孔にプラグを挿入することを特徴とする請求項１または２に記載のプラグ入り免震装置の製造方法。
4. 前記積層体を作製後、該積層体の温度が１００℃未満となる過程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のプラグ入り免震装置の製造方法。
5. 挿入するプラグの温度が１０〜３０℃であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプラグ入り免震装置の製造方法。
6. 前記プラグが鉛からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のプラグ入り免震装置の製造方法。

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