JP2756111B2 - 免震装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、構造物を載置・支
持して地震入力の低減並びに防振を行う周囲拘束型の免
震装置に関し、詳しくは、柱状のゴム状体の外周を積層
状配置の拘束体で囲むことにより、水平方向に大きな変
形能力を持たせたまま、鉛直方向に構造物を支持し得る
大きな剛性を与えるとともに、この拘束体に減衰機能を
持たせた免震装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】建築物等の構造物用の免震装置として、
積層ゴムベアリングが広く利用され始めており、それら
は大別して３タイプに分類される。第１のタイプは、図
９（ａ）（ｂ）に示すように天然ゴム等の圧縮永久歪み
の小さいゴム板（１）と鋼板（２）を交互に積層・固着
した積層ゴムベアリング（イ）である。このタイプは、
水平剪断剛性に対する鉛直圧縮剛性の比が極めて大きい
ため、地震動に対して重量物である構造物を安定性良く
支持した状態で、地震エネルギーの構造物への伝達を小
さくする。 【０００３】第２のタイプは、上記第１のタイプの積層
ゴムベアリングの積層構造において、振動エネルギーの
吸収効果を与えるため、図１０（ａ）（ｂ）に示すよう
に、高さ方向に鉛プラグ（３）を貫設した鉛−積層ゴム
ベアリング（ロ）である〔特公昭６１−１７９８４
号〕。このタイプは、図１１に示すように内部に封入し
た鉛の塑性歪みによる履歴減衰によって、地震によって
生じる構造物の振動振幅を低減し、かつ速く減衰させ
る。 【０００４】第３のタイブは、上記図９（ａ）（ｂ）に
示す積層ゴムベアリング（イ）の構造において、ゴム板
（１）に高減衰ゴムを使用することによって、積層体自
体に減衰機能を与えた高減衰積層ゴムベアリング（ハ）
である。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上記積層ゴムベアリン
グ（イ）（ロ）（ハ）は、夫々次のような問題を持って
いる。 【０００６】上記第１のタイプの積層ゴムベアリング
（イ）は振動の減衰能力が極めて小さいので、そのまま
使用すると、地震時の構造物の振動振幅が大きくなって
安全性に欠ける。従って、通常は、別途ダンパーを並列
に配置して使用される。この場合復元力の作用点と減衰
力の作用点が異なり、構造物に不要な捩れ振動を与えて
しまう恐れがあった。 【０００７】また上記第２のタイプの鉛−積層ゴムベア
リング（ロ）は、鉛プラグ（３）が図１１中の特性
（Ｓ）に示すように、微振動に対して大きな剪断初期剛
性を示す為、防振性能が悪く車輌の通過等によって発生
する交通振動等を伝達してしまう。従って振動を嫌う機
器類を設置する建物、床への適用は困難であった。ま
た、鉛の塑性のため大変形後の原点への回復が遅い等の
問題点もあった。 【０００８】また、上記第３のタイプの高減衰積層ゴム
ベアリング（ハ）は、使用される高減衰ゴムがクリープ
量が大きく、水平変位に対する復元力も乏しいため、特
に長期使用に対する信頼性が低い問題がある。またクリ
ープ量は並設される各高減衰積層ゴムベアリング毎に異
なる為、免震動作の結果、建物は不同沈下現象を生じ、
構造体に不要な応力を発生させるという問題もあった。 【０００９】本発明は上記積層ゴムベアリング（イ）
（ロ）（ハ）の実情を踏まえてなされたもので、これら
とは基本的に異なる構造・原理に立ち、上記問題点が解
決された免震装置を提案しようとするものである。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明が、新たに提案す
る周囲拘束型の免震装置は、構造物の下部に、その鉛直
荷重を支持するように配置される柱状のゴム状体と、環
状のゴム状弾性体と環状の硬質板を重ね合せたものを、
減摩材を挟んで、ゴム状体の外周に、高さ方向に積層配
置して構成され、上記ゴム状体の外側へのはらみ出しを
拘束する拘束体を具備したことを特微とする。 【００１１】上記免震装置は、柱状のゴム状体が、周囲
の拘束体に拘束されることによって、水平方向に大きな
変形能力を有したまま、高い鉛直方向の剛性と荷重支持
能力を発現する。そして拘束体及び／又はゴム状体が主
として摩擦減衰によって振動エネルギー吸収効果を発揮
する。この振動吸収効果は、微振動に対しても有効であ
る。 【００１２】特に、上記拘束体による摩擦減衰は、硬質
板がゴム状弾性体と減摩材を介して積層されているの
で、静止摩擦と動摩擦の差が小さく鉛直方向の振動を極
小にし騒音を最小限に留めながら減衰効果が得られるも
のである。 【００１３】また本発明装置の構造では、復元力の作用
点と減衰力の作用点とが同一点となり、構造物に不要な
捩れ振動を与えない。 【００１４】以上のことから本発明装置は、ダンパー一
体型免震装置として、従来の積層ゴムベアリング（イ）
（ロ）（ハ）と同等以上の性能を発揮する。 【００１５】そして、柱状のゴム状体を単体で使用する
ため、積層構造の場合には使用できなかった種類のゴム
をゴム状体として利用することが可能となった。 【００１６】 【発明の実施の形態】最初に、本発明の免震装置Ａの基
本概念について説明する。 【００１７】図１〜図３は、免震装置Ａの３つの基本構
成例（Ａ1）（Ａ2）（Ａ3）を示すもので、柱状のゴム
状体（１１）の周囲に積層状に配置される拘束体（１
２）の構造が夫々異なっている。ここで中央に配置され
構造物の鉛直荷重を受ける柱状のゴム状体（１１）は、
高減衰ゴムを用いる場合には０.５Ｈｚで動的歪率０.５
％時の−１０〜４０℃における損失（ＴＡＮδ）が０.
１〜１.５の範囲の物が好ましい。損失（ＴＡＮδ）が
１.５を越えると１０Ｈｚ以上の鉛直方向の防振性が悪
くなり、０.１以下では水平剪断方向のダンピング性能
の向上にあまり寄与しないからである。 【００１８】次の上記基本構成例（Ａ1）（Ａ2）（Ａ
3）における各拘束体（１２）の構造について順次説明
する。 【００１９】図１（ａ）（ｂ）に示す第１の構成例（Ａ
1）の拘束体（１２）は、圧縮永久歪みの小さいリング
状のゴム状弾性板（１３）と拘束材である鋼板等のリン
グ状の拘束板（１４）との片面司士を固着し、減摩材
（１５）を挟んで積層したものである。ここで固着と
は、貼合せ又は加硫接着等を含む。 【００２０】また図２（ａ）（ｂ）に示す第２の構成例
（Ａ2）の拘束体（１２）は、圧縮永久歪みの小さいリ
ング状のゴム状弾性板（１６）の表裏面に、拘束材であ
る鋼板等のリング状の拘束板（１７）を一枚ずつ固着
し、三層構造にしたものを、減摩材（１５）を挟んで積
層したものである。 【００２１】また、図３（ａ）（ｂ）に示す第３の構成
例（Ａ3）の拘束体（１２）は、拘束材である鋼板等の
リング状の拘束板（１８）の表裏面に、圧縮永久歪みの
小さいリング状のゴム状弾性板（１９）を一枚ずつ固着
して三層構造にしたものを、減摩材（１５）を挟んで積
層したものである。 【００２２】ここで、上記拘束材である拘束板（１４）
（１７）（１８）は、剛性が高く破壊強度の大きいもの
であればよく、鋼板以外の材質のものも使用できる。 【００２３】また圧縮永久歪みの小さいゴム状弾性板
（１３）（１６）（１９）は、ゴム材料と同様の性質を
持つ弾性体であればよい。拘束体（１２）に有効な機能
を発揮させるために望ましい圧縮永久歪み量はＪＩＳ‐
Ｋ６３０１に基づく７０℃−２２ＨＲ熱処理で３５％以
下であり、特に２０％以下のものが良好な性質を示す。 【００２４】また減摩材（１５）は、拘束板同士の静止
摩擦と動摩擦の差を小さくするものであればよく、例え
はシリコーングリス、テフロン等の摩擦係数の小さな樹
脂、或いは滑剤を含浸させた部材が使用される。これら
の減摩剤（１５）の装着は、その性質に応じ拘束板又は
ゴム状弾性板の摺動面に塗布、被覆、又は固着して行わ
れる。 【００２５】なお拘束体（１２）は、上記構成例に限ら
れるものではなく、要は拘束材である硬質の拘束板にス
ペーサ機能を有するゴム状弾性板が固着され、これらが
減摩材を挟んで積層されていればよい。例えば、ゴム状
体（１１）が角柱状であれば、拘束体（１２）の平面形
状は、これに対応する角形状となる。また拘束体（１
２）は、ゴム状弾性板を固着した拘束板をスパイラル状
に曲成して積層状態としたものでもよい。 【００２６】次に、上記基本構成例を具体化した製作例
について、図４及び図５で述ぺ、それによって得られた
特性について説明する。 【００２７】図４に示す第１の製作例である免震装置
（２０）は、先に図１で説明した基本構成例装置（Ａ
1）に対応するもので、上部構造物、下部構造物に固定
される定着用板（２１）（２１）の間に、円柱状のゴム
状体（１１）とこれを囲む拘束体（１２）を挟み付け固
定している。 【００２８】ゴム状体（１１）は両端面に受圧板（２
２）（２２）が埋め込み接着されたもので、材質は天然
ゴム又は高減衰ゴムであるｔａｎδが約０.３のイソブ
チレン・イソプレン・ラバーを用いた。また拘束体（１
２）を構成する拘束板（１４）とゴム状弾性板（１３）
の厚さの比は２：１とし、減摩材（１５）に粘度３０万
ｃＳｃ（ａｔ２５℃）のシリコーングリス、またはテフ
ロン樹脂シートを用いている。 【００２９】次に、図５に示す第２の製作例である免震
装置（２３）は、先に図２で説明した基本構成例（Ａ
2）に対応するもので、図４に示すものとの相違は、拘
束体（１２）を、二枚の拘束板（１７）（１７）でゴム
状弾性体（１６）を挟んだ三層構造のものを積層して形
成したことである。なお、各拘束板（１７）とゴム状弾
性板（１６）の厚さの比は１：１である。 【００３０】上記図４に示す第１の製作例について測定
した荷重−変位曲線は、それぞれ図６、図７及ぴ図８に
示すようになった。ここで、図６は、ゴム状体（１１）
の材質が天然ゴム（ＮＲ）、減摩材（１５）がシリコー
ングリスの場合の特性を示す。図７は、ゴム状体（１
１）の材質が高減衰ゴム（ＩＩＲ）で、減摩材（１５）
がシリコーングリスの場合の特性を示す。図８は、ゴム
状体（１１）の材質が高減衰ゴムで、減摩材（１５）が
テフロン樹脂シートの場合の特性を示す。なお上記第２
の製作例（２３）において、ゴム状体（１１）と減摩材
（１５）の材質を上述の例と同様に選定した場合にも、
これらの特性と同様なものが得られた。これらを図１１
に示した鉛−積層ベアリング（ロ）の荷重−変位曲線と
比較すると、微小変位に対する剛性が小さく、微小振動
に対しても防振効果を発揮することがわかる。これを数
値で比較すると、第１表のようになる。 【００３１】 【表１】すなわち、免震装置Ａは２ｍｍの水平方向変位における
剪断剛性が、鉛−積層ゴムベアリング（ハ）の１／３〜
１／６であり、微振動に対して極めて良好な減衰性能を
示すことがわかる。またヒステリシス力ーブで囲まれた
面積に比例する減衰定数ｈは、各製作例ともに、一般的
に要求されている免震装置の減衰定数の０.１を越えて
いる。特にシリコーングリスと高減衰ゴムを併用した製
作例（図７）では、シリコーングリスの粘性による減衰
作用が加わって０.１７と高くなり良好な効果を得てい
る。 【００３２】次に免震に必要な基本特性である鉛直／剪
断（水平）剛性比Ｋｖ／ＫHについて、天然ゴムとシリ
コーングリスを用いた上記製作例（図６）と、図９に示
した天然ゴムを用いた積層ゴムベアリング（イ）との比
較を、第２表に示す。 【００３３】 【表２】 第２表によれば、鉛直積載能力は同程度の性能を示し、
水平剪断剛性ＫHは本発明の実施例の方か小さく剛性比
Ｋｖ／ＫHは２倍程度に達する。このことから、免震能
力は従来のものより高いと言える。 【００３４】以上の第１表及び第２表の数値データの比
較により、本発明の免震装置Ａは、従来の積層ゴムベア
リングと比較し、振動減衰作用及び免震作用の両面で、
同等以上の性能を有することが明らかにされた。 【００３５】 【発明の効果】本発明によれば、従来の積層ゴムベアリ
ングと置換し得る大きな鉛直載荷能力を有する免震装置
を、積層化しないゴム状体の使用によって提供できる。 【００３６】特に本発明の免震装置は、減衰機能を得る
ため鉛のような初期剛性の大きいものを用いていないか
ら、微振動時の防振性をも有し、拘束体及びゴム状体の
選択範囲が広く、特性を広い範囲で任意に設計すること
が可能である。従って建物の免震及び防振の他に、建物
内の床の免震及び防振対策、および送電機器及び一般機
器等の免震及ぴ防振対策にも適している。 【００３７】さらに、拘束体の持つ騒音を起こさない減
衰作用によって、高い減衰機能が得られる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の免震装置Ａの第１の基本構造（Ａ
1）を示した平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 【図２】 本発明の免震装置Ａの第２の基本構造（Ａ
2）を示した平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 【図３】 本発明の免震装置Ａの第３の基本構造（Ａ
3）を示した平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 【図４】 図１に示す基本構造例（Ａ1）を具体化した
製作例を示す断面図である。 【図５】 図２に示す基本構造例（Ａ2）を具体化した
製作例を示す断面図である。 【図６】 図４に示す具体的製作例において、ゴム状体
として天然ゴムを用い、減摩材としてシリコーングリス
を用いたときの荷重−変位曲線である。 【図７】 図４に示す具体的製作例において、ゴム状体
として高減衰ゴムを用い、減摩材としてシリコーングリ
スを用いたときの荷重−変位曲線である。 【図８】 図４に示す具体的製作例において、ゴム状体
として高減衰ゴムを用い、減摩材としてテフロンシート
を用いたときの荷重−変位曲線である。 【図９】 従来例である積層ゴムベアリング（イ）と高
減衰積層ゴムベアリング（ハ）の平面図及び断面図 【図１０】 鉛−積層ゴムベアリング（ロ）の平面図及
び断面図、 【図１１】 図１０に示す鉛−積層ゴムベアリング
（ロ）の荷重−変位由線である。 【符号の説明】 １１ ゴム状体 １２ 拘束体 １３，１６，１９ ゴム状弾性板 １４，１７，１８ 拘束板 １５ 減摩材 ２０ 第１の製作例（Ａ1） ２３ 第２の製作例（Ａ2） ２２ 受圧板 Ａ1，Ａ2，Ａ3 本発明の免震装置の基本構成例

フロントページの続き (72)発明者 宮崎 光生 埼玉県入間郡鶴ヶ島町３丁目３−３− 306 (72)発明者 有馬 文昭 神奈川県相模原市千代田３−９−７ 五 月コーポ (72)発明者 田中 久也 栃木県小山市駅東通り２−37−23 ＨＧ たてしな205号 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E04H 9/02 331 E04B 1/36 F16F 15/04

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．構造物の下部に、柱状のゴム状体を備えるととも
   に、 そのゴム状体の外周に配置される環状のゴム状弾性体と
   環状の硬質板を重ね合せたものを、減摩材を挟んで、ゴ
   ム状体の外周に、高さ方向に積層配置して構成され、上
   記ゴム状体の外側へのはらみ出しを拘束する拘束体を具
   備したことを特微とする免震装置。 ２．構造物の下部に、その鉛直荷重を支持するように配
   置される柱状のゴム状体と、 環状のゴム状弾性体と環状の硬質板を重ね合せたもの
   を、減摩材を挟んで、ゴム状体の外周に、高さ方向に積
   層配置して構成され、上記ゴム状体の外側へのはらみ出
   しを拘束する拘束体を具備したことを特微とする免震装
   置。