JPH011843A - 免震構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、機器及び構造物等に地震力を伝えないように
するための免震構造体に係り、特に免震効果とダンピン
グ効果を兼備する改良された免震構造体に関する。

［従来の技術及び先行技術］ 複数個の鋼板とゴム板とを交互に積層した構造体（免震
ゴム）が、地震時の防振性を満たす支承部材として、最
近注目をあびている。

このような免震ゴムは、コンクリートのような剛体建築
物と基礎土台との間に介在されると、横方向に柔らかい
、即ち剪断剛性率が小さいので、建築物の固有周期を地
震の周期からずらす作用を有し、地震により建物が受け
る加速度が非常に小さくなる。

このような免震ゴムにおいては、地震による変形後は再
び元の位置へ戻る弾性変形を行なうことが大きな特徴と
されており、しかも、免震ゴムのクリープ現象による建
物の沈下を極力小さくするために、免震ゴム自体のエネ
ルギー吸収能力（ｆＡ衰効果）は極めて小さいものとな
っている。このため、従来、免震ゴムは、その材料特性
としてヒステリシスロスの小さいゴム材料を用いて構成
されている。

しかしながら、このような低減衰の免震ゴムのみを用い
る免震装置では、地震時の建物のゆっくりした横揺れは
、地震が治まった後も長時間にわたって残るため、この
横揺れ量が大きいと、免震ゴム自身の破損はもとより、
建物と他の構造物との衝突や木管、ガス管、配線などの
備品の破壊をもたらす危険性がある。

そこで、従来においては、この横揺れ変位をできるだけ
早く減少させるために、地震力が加わった際に直ちに塑
性変形をする軟質金属などでできた塑性ダンパーを併用
する方法がとられている。

例えば、免震ゴムの内部に空洞部を設け、この部分に鉛
を埋め込み、地震時の塑性変形を利用して、免震ゴムに
ダンピング効果を付与することによって、免震効果とダ
ンパー（ダンピング効果）を兼備したものとすることが
提案されている。

しかしながら、このような免震装置では、地震エネルギ
ーの吸収機能は増大されるものの、塑性ダンパーが高弾
性であることに起因する新たな共震現象が高周波領域に
現われる。

また、鉛入り免震ゴムにおいては、大地震の際の免震ゴ
ムの大変形時に、鋼板の硬質板が鉛を傷ツケ、更に傷つ
いた鉛がゴム等の軟質板を傷つけるため、免震ゴム全体
の破断を引き起こし易い。

しかも、傷ついた鉛は、繰り返しの大変形によって容易
に破断する。

本発明は上記従来の問題点を解決し、免震効果とダンピ
ング効果を兼備する改良された免震装置として、複数個
の剛性を有する硬質板と粘弾性的性質を有する軟質板と
を交互に貼り合わせてなる免震ゴムと、プラスチックよ
りなるダンパーとが並列して設けられてなることを特徴
とする免震装置、例えば、免震ゴム内にダンパーを内蔵
する免震装置について先に特許出願した（特願昭６１−
２１７６８９号。以下、「先願」という。）［発明が解
決しようとする問題点］ 上記先願に開示されるダンパー内蔵積層ゴムは、小変形
から大変形において、優れた減衰性を示すが、微小振動
の減衰には効果が小さいという欠点がある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、小変形から大変形にも優れた減衰性を示すと
共に、微小振動に対しても優れた効果を発揮することの
できる免震構造体を提供するものである。

本発明の免震構造体は、複数個の剛性を有する硬質板と
粘弾性的性質を有する軟質板とを交互に貼り合わせてな
る積層ゴムに空洞部を設け、この空洞部に粘弾性材料で
主に構成されるダンパーを配置し、かつ、該ダンパーと
積層ゴムの空洞内壁との間に、ダンパーよりも低弾性の
材料を介在させてなることを特徴とする。

［作用］ 本発明者らは前述の如く、従来の問題点を解決し、免震
効果とダンピング効果を兼備する免震装置について研究
を重ねた結果、免震ゴムの内部に空洞を設けこの部分に
優れたヒステリシス特性を有する特定の粘弾性物質をダ
ンパーとして配置することによって、小変形から大変形
に到る幅広い領域で、極めて高減衰の免震構造体を得る
ことかできた。

しかしながら、この場合、上記特定の粘弾性物質でさえ
も減衰性を大きくしようとすればする程、微小変形にお
いては周囲をとりまく免震ゴムよりも弾性率が高くなる
。勿論、鉛や鋼材で出来た塑性体に比べるとその上昇率
ははるかに小さいが、高ロス性を発揮させるには、一般
的には、高弾性率とならざるを得ない。

ところで、現代社会の要求として精密加工を必要とする
ＩＣ工場、パイオニ場、レーザー工場及び鉄道、道路沿
線の家屋などに対する微振動対策が挙げられる。一般の
免震ゴムの場合、その横方向の弾性率が低いため、これ
らの微振動に対しても防振効果を発揮し、優れた振動減
衰効果を発揮する。

しかしながら前述の如く、粘弾性物質を配置した免震ゴ
ムの場合、この粘弾性物質の微小変位における弾性率が
高いため、結果として免震構造体としての弾性率が粘弾
性物質を配置しない一般の免震ゴムに比べて高くなる。

このため、微小振動に対する減衰効果が低下する傾向が
あり、現在の要求特性を満足し得ないものとなる。

そこで、本発明者らは、このように微小振動に対して、
ダンパーが免震ゴムの減衰作用を阻外することを防止す
るべく、更に検討を重ね、免震ゴムの積層ゴムと内蔵ダ
ンパーとの間に低弾性の材料をＩＩＮ材として配置する
ことにより、このような限外作用が有効に防止されるこ
とを見出し、本発明を完成させた。

［実施例］ 以下図面を参照して実施例について説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る免震構造体を示す縦断
面図である。

第１図に示す如く、本実施例の免震構造体１は、複数個
の剛性を有する硬質板１１と粘弾性的性質を育する軟質
板１２とを交互に貼り合わせてなる積層円柱状のゴム２
の中心部に円筒状の空間を設け、この空間内に粘弾性材
料で主に構成されるダンパー３を配置し、かつ、該ダン
パー３と積層ゴム２の空洞内壁との間に、ダンパーより
も低弾性の材料（以下、「低弾性材料」と称することが
ある。）４を介在させてなるものである。なお、図中、
符号１３．１４はフランジ、２０は建物、３０は基礎で
ある。

本発明において、Ｕｔ層ゴム２の形状、その空洞の形状
やダンパー３の形状は免震効果、ダンピング効果を有効
に発揮し得る形状であれば良く、形状的には何ら拘束さ
れないが、一般的には、柱状体が適している。

また、低弾性材料４は、必ずしもダンパー３の側面及び
上、下面を被覆するように設ける必要はなく、側面のみ
であったり、上面又は、下面のみであっても良い。また
、低弾性材料４は、第１図に示す如く、ダンパー３と積
層ゴム２の空洞との間に封入するように設けるのが好ま
しい。

ただし必要に応じてこの低弾性材料部分の一部を空間で
代替してもよい。

なお、第１図に示すような免震構造体１において、積層
ゴム２の大きさ、ダンパー３の大きさ、低弾性材料４の
厚さ等にも特に制限はなく、免震構造体の使用目的等に
応じて適宜選定されるが、例えば、積層ゴムの空洞の直
径ぶと積層ゴムの直径りどの比、Ｉｔ／Ｌは、 □≦０　、８０ 好ましくは β □≦０．７０ 更に好ましくは □≦０．６４ であることが望ましい。

また、低弾性材料４の厚さＩＬｏと積層ゴム２の空洞の
直径１との比、℃。／Ｌは、 好ましくは であることが望ましい。

以下に、本発明の免震構造体の積層ゴム２、ダンパー３
及び低弾性材料４の各々の構成材料について説明する。

積層ゴム２の硬質板１１の材質としては、金属、セラミ
ックス、プラスチックス、ＦＲＰ、ポリウレタン、木材
、紙板、スレート板、化粧板などを用いることができる
。また軟質板１２としては、各種の加硫ゴム、プラスチ
ックなどの有機材料、これらの発泡体、アスファルト、
粘土等の無機材料、これらの混合材料など各種のものを
用いることができる。これらの硬質板１１及び軟質板１
２の形状は、円形、方形、その他、五角形、六角形等の
多角形としても良い。

一方、ダンパー３の主構成材料である粘弾性材料として
は、２５℃、５０％引張変形時のヒステリシス比（ｈｓ
。）が０．２以上、好ましくは０．３以上であるものが
好ましい。なお、引張速度２００ｍｍ／ｍｉｎで、ｈｌ
ｉｏは、第２図の応力ＡＢＨＯ の面積比で与えられる。

また、粘弾性材料の弾性率は、周波数５Ｈｚ。

歪０．０１％で動的に測定された貯蔵弾性率Ｅの２５℃
における値が １≦Ｅ≦２Ｘ　ｔ　ｏ’　　（ｋｇ／ｃｍ”　）好まし
くは ５≦Ｅ≦１ｘ　ｔ　ｏ’　　（ｋｇ／ｃｍ２）であるこ
とが望ましい。

また、粘弾性材料の引っ張り破断時における伸びは１％
以上あることが好ましく、より好ましくは５％以上、更
に好ましくは１０％以上、特に２０％以上あることが好
ましい。

しかして、低弾性材料４としては、２５℃、５Ｈｚ、Ｏ
，Ｏｆ％歪で動的に測定された貯蔵弾性率Ｅに関して、
低弾性材料のＥをＥＬ％上記粘弾性材料のＥをＥｖとす
れば 好ましくは より好ましくは Ｅｖ であることが望ましい。

このような、低弾性材料４としては、上記特性を満たす
ものであれば何れでも良く、各種ゴム、プラスチック、
その他、後述する粘弾性材料として例示したもののうち
上記特性を有するものを用いることができる。また、低
弾性材料としては、フオーム状発泡体、金属、プラスチ
ック、ゴム等のバネ体、毛布、織物、ワラクズ等を用い
ることもできる。低弾性材料層は、必要に応じて部分的
に空間であっても良い。

本発明において、ダンパーの粘弾性材料としては、前述
の特性を有する未加硫ゴム、加硫ゴム、その他前述の特
性を有する樹脂、可塑性物質等が挙げられる。

本発明において、粘弾性材料としては、前述のようなヒ
ステリシス比、弾性率特性を有する未加硫ゴム、加硫ゴ
ム又はその類似物であることが好ましく、例えば、エチ
レンプロピレンゴム（ＥＰＲ，ＥＰＤＭ）、ニトリルゴ
ム（Ｎ　Ｂ　Ｒ）　、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴ
ム、クロロブレンゴム（ＣＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イ
ソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジェンゴム（ＳＢ
Ｒ）、ブタジェンゴムゝ（ＢＲ）、アクリルゴム、エチ
レン−酢ビゴム（ＥＶＡ）、ポリウレタン等の一般ゴム
、シリコーンゴム、フッ素ゴム、エチレンアクリルゴム
、ポリエステルエラストマー、エピクロルヒドリンゴム
、塩素化ポリエチレン等の特殊ゴム、又は熱可塑性エラ
ストマー等が挙げられる。なお、粘弾性材料が未加硫ゴ
ムの場合には、１００℃におけるムーニー粘度ＭＬ、。

４が１０以上であることが好ましい。

これらのゴム材料は単独で用いても、２種以上をブレン
ドして用いても良い。また、これらのゴム材料には、各
種充填剤、粘着付与剤、滑剤、老化防止剤、可塑剤、軟
化剤、低分子量ポリマー、オイル等、ゴム材料に一般的
な配合剤を混合することにより、目的に応じた硬さ、ロ
ス特性、耐久性を付与することもできる。特に長期間に
亙り所定の性能を維持するために上記のゴム材料に適切
な老化防止剤、重合禁止剤、スコーチ防止剤等の安定剤
を加えたり、ポリマー自身を水添、その他の変性を行な
うことにより安定化を図ることは極めて有効である。

なお、粘弾性材料と他の構成材料との接着を行う場合、
一般的には粘弾性材料の粘着性を利用した粘着によるの
が有利であるが、この粘着性による接着のために、接着
部に必要な化学結合又は物理結合による網目を導入して
も良い。

本発明の粘弾性材料としては、上記の特性を有する未加
硫ゴム、加硫ゴムの他に、上記の特性を有する次のよう
な物質を利用することもできる。

例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン
、ＡＢＳ、ポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、
ポリカーボネート、ポリアセタール、ナイロン、塩化ポ
リエーテル、ポリ四フッ化エチレン、アセチルセルロー
ス、エチルセルロース等の熱可塑性プラスチック及びこ
れらのプラスチックに必要に応じて、次に示す充填剤、
可塑剤、軟化剤、粘着付与剤、オリゴマー滑剤等を配合
したものが挙げられる。

■　充填剤：　クレー、珪藻土、カーボンブラシク、シ
リカ、タルク、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マ
グネシウム、金属酸化物、マイカ、グラファイト、水酸
化アルミニウム等の鱗片状無機充填剤、各種の金属粉、
木片、ガラス粉、セラミックス粉、粒状ないし粉末ポリ
マー等の粒状ないし粉体状固体充填剤、その他各種の天
然又は人工の短繊維、長繊維（例えば、ワラ、毛、ガラ
スファイバー、金属ファイバー、その他各種のポリマー
ファイバー等）等のゴム用あるいは樹脂用充填剤。

充填剤の配合割合は、ゴム１００重量部に対し３０〜２
５０重量部とするのが好ましい。

なお、短繊維としては、ガラス、プラスチック、天然物
等の一般の短繊維が用いられる。これらの短繊維には次
のような特殊な短繊維補強物も含む。例えば短繊維の配
合状態は、加硫可能なゴムに分子中に一〇−ＮＨ−基を
有する熱可塑性ポリマーの短繊維が、フェノールホルム
アルデヒド系樹脂の初期縮合物を介してグラフトしてい
る強化ゴム組成物のように、短繊維がゴムに化学的に結
合して配合されているものが好ましい。上記熱可塑性ポ
リマーの微細な短ｕａ維は、融点が１９０〜２３５℃、
好ましくは１９０〜２２５℃、特に好ましくは２００℃
〜２２０℃である、ナイロン６、ナイロン６１０、ナイ
ロン１２、ナイロン６１１、ナイロン６１２等のナイロ
ン、ポリへブタメチレン尿素、ポリウンデカメチレン尿
素等のポリ尿素やポリウレタン等のポリマー分子中に−
ＣＯＮＨ−基を有する熱可塑性ポリマー、特にはナイロ
ンから形成することが好ましく、平均径が０．０５〜０
．８μであり、かつ円形断面を有し、最短繊維長が好ま
しくは１μｍ以上で、繊維軸方向に分子が配列された微
細な短繊維の形態で埋封されていることが好適である。

■　軟化剤：　アロマティック系、ナフテン系、パラフ
ィン系等の各種ゴム用あるいは樹脂用軟化剤。

軟化剤の好ましい配合割合は、ゴム１００重量部に対し
５〜１５０重量部である。

■　可塑剤：　フタル酸エステル、フタル酸混基エステ
ル、脂肪族二塩基酸エステル、グリコールエステル、脂
肪酸エステル、リン酸エステル、ステアリン酸エステル
等の各種エステル系可塑剤、エポキシ系可塑剤、その化
プラスチック用可塑剤又は、フタレート系、アジペート
系、セバケート系、フォスフェート系、ポリエーテル系
、ポリエステル系等のＮＢＲ用可望刑。

可塑剤の好ましい配合割合は、ゴム１００重量部に対し
５〜１５０重量部である。

■　粘着付与剤：　クマロン樹脂、クマロン−インデン
樹脂、フェノールテルペン樹脂、石油系炭化水素、ロジ
ン誘導体等の各種粘着付与剤（タッキファイヤ−）。

粘着付与剤の好ましい配合割合は、ゴム１００重量部に
対し１〜５ｏｆｆｉ量部である。

■　オリゴマー：　クラウェーチル、含フツ素オリゴマ
ー、ポリブテン、キシレン樹脂、塩化ゴム、ポリエチレ
ンワックス、石油樹脂、ロジンエステルゴム、ポリアル
キレンゲリコールジアクリレート、液状ゴム（ポリブタ
ジェン、スチレン−ブタジェンゴム、ブタジェン−アク
リロニトリルゴム、ポリクロロプレン等）、シリコーン
系オリゴマー、ポリ−α−オレフィン等の各種オリゴマ
ー。

オリゴマーの好ましい配合割合は、ゴム１００重量部に
対し５〜ｉｏｏ重量部である。

■　滑剤：　パラフィン、ワックス等の炭化水素系滑剤
、高級脂肪酸、オキシ脂肪酸等の脂肪酸系滑剤、脂肪酸
アミド、アルキレンビス脂肪酸アミド等の脂肪酸アミド
系滑剤、脂肪酸低級アルコールエステル、脂肪酸多価ア
ルコールエステル、脂肪酸ポリグリコールエステル等の
エステル系滑剤、脂肪アルコール、多価アルコ−ル、ポ
リグリコール、ポリグリセロール等のアルコール系滑剤
、金属石鹸、混合系滑剤等の各種滑剤。

滑剤の好ましい配合割合は、ゴム１００重量部に対し１
〜５０重量部である。

本発明において、粘弾性体材料としては、ビチューメン
、粘土等の天然物等を用いることもできる。

なお、本発明において、ダンパー３は、前述のような粘
弾性材料で主に構成されるものであれば、どのような構
成のものであっても良いが、例えば、 （Ａ）　　網状構造体、波状構造体、ハニカム状構造体
及び織物の少なくとも一つの骨格体と粘弾性材料とを複
合してなるもの。

（Ｂ）　　粘弾性材料中に球状体、柱状体、又は粘弾性
材料中にセルを形成するような仕切部材（第３図（ａ）
〜（ｅ）に示したようなもの）のような固体物質を封入
したもの。

とすることができる。

上記（Ａ）の場合、具体的な構成としては、例えば次の
ようにして作製されるものが挙げられる。

■　骨格体と粘弾性体とを加圧一体化する。

１１　　骨格体と粘弾性体とを交互に重ねる。

Ｉｌｌ　　骨格体と粘弾性体とを加圧一体化したものを
、骨格体及び／又は粘弾性体と交互に重ねる。

！■　上記！−ＩＩＩで作製されるものに、更に板状材
又は線状材を積層するなどして組み合せる。

また、骨格体は、網状構造体、波状構造体、ハニカム状
構造体及び織物（例えばストッキング状のもの）のいず
れか一つであるが、これらの骨格体の材質としては、特
に制限はないが、金属、セラミックス、プラスチックス
、ＦＲＰ、ポリウレタン、綿、絹等の天然系、ポリアミ
ド、ポリエステル等の合成繊維が挙げられる。

一方、（Ｂ）の場合、球状体、柱状体あるいはセル形成
仕切部材等の固体物質の材質としては、特に制限されな
いが、例えば金属、セラミックス、ガラス、ＦＲＰ、プ
ラスチックス、ポリウレタン、高硬度ゴム、木材、岩石
、砂、砂利等が適している。また、仕切部材には、これ
らの他に比較的硬度の低いゴム材料や紙、革等を用いる
とともできる。

なお、第３図（ａ）〜（ｅ）に示す仕切部材８は、いず
れも、ダンパーの軟質体に、垂直方向に細長いセルの集
合体を形成するようなものであって、（ａ）は同心円状
、（ｂ）は放射状、（Ｃ）は（ａ）と（ｂ）との組合せ
、（ｄ）は放射状、（ｅ）は螺旋状に仕切部材８を設け
たものである。第３図（ａ）〜（ｅ）において最外円筒
はダンパーの加硫ゴムの内壁を示す。

ゴム材料としては、前述の未加硫ゴム、加硫ゴムに用い
られるゴム材料が挙げられる。

勿論、本発明において、ダンパーの構成は前記（Ａ）、
（Ｂ）に限定されるものではない。・なお、本発明の免
震構造体は、その耐候性等の向上を目的として、外表面
部を耐候性に優れたゴム材料で被覆するなどの改良を加
えることもできる。

この場合、被覆ゴム材料としては、耐候性の優れたゴム
状ポリマーが望ましく、例えば、ブチルゴム、アクリル
ゴム、ポリウレタン、シリコンゴム、フッ素ゴム、多硫
化ゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＲＰ及びＥＰＤＭ
）、ハイパロン、塩素化ポリエチレン、エチレン酢酸ビ
ニルゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロブレンゴム
等が挙げられる。これらのうち、特にブチルゴム、ポリ
ウレタン、エチレンプロピレンゴム、ハイパロン、塩素
化ポリエチレン、エチレン酢酸ビニルゴム、クロロブレ
ンゴムが耐候性の面からは効果的である。更に、軟質板
を構成するゴムとの接着性を考慮した場合には、ブチル
ゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロブレンゴムが望
ましく、とりわけエチレンプロピレンゴムを用いるのが
最も好ましい。

これらのゴム材料は単独で用いても、２ｆ！以上をブレ
ンドして用いても良い。また、伸び、その他の物性を改
良するために市販ゴム、例えば、天然ゴム、イソプレン
ゴム、エチレンブタジェンゴム、ブタジェンゴム、ニト
リルゴム等とブレンドしても良い。更に、これらのゴム
材料には、各種充填剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、
オイル等、ゴム材料に一般的な配合剤を混合しても良い
。

このような本発明の免震装置を製造するには、例えば、
硬質板と軟質板とを交互に積層して加硫成形した免震ゴ
ムをくり抜いたり、あらかじめ中心部の空洞部ができる
よう加硫成形された免震ゴムの空洞部に予め成形したダ
ンパー及び低弾性材料を挿入するか、予め成形したダン
パー及び低弾性材料に中心部をくり抜いた硬質板と軟質
板材料とを交互にはさみ込みこれを共加硫する方法が採
用される。

［発明の効果］ このような本発明の免震構造体は、免震効果と共にダン
パー効果を具備するため、地震発生時の揺れは免震構造
体に吸収され、建物に伝えられる揺れの程度が減少され
る。このため大地震の発生時においても、建物と他の構
造物とが衝突したり、木管、ガス管、配線等の儲品か破
壊することが防止される。しかも、ｆＪｔ層ゴムとダン
パーとの間に介在する低弾性材料の１ｙｉ街効果により
、微小振動において、ダンパーが免震作用を限外するの
を効果的に防止することができるため、微小振動から、
不変形〜大変形に到る広範な領域において、極めて優れ
た減衰効果が発揮される。

なお、本発明の免震構造体は免震効果の他に、除振（防
振、抑振）等の優れた効果も十分に期待できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例に係る免震構造体を示す縦断
面図、第２図は材料の応力−歪曲線である。第３図（ａ
）〜（ｅ）は各々仕切部材の例を示す斜視図である。 １・・・免震構造体、　　　　　２・・・積層ゴム、３
・・・ダンパー、　　　　　　４・・・低弾性材料、１
１・・・硬質板、　　　　　　１２・・・軟質板、１３
．１４・・・フランジ。 代理人　　弁理士　　重　野　　剛

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個の剛性を有する硬質板と粘弾性的性質を有
   する軟質板とを交互に貼り合わせてなる積層ゴムに空洞
   部を設け、この空洞部に粘弾性材料で主に構成されるダ
   ンパーを配置し、かつ、該ダンパーと積層ゴムの空洞内
   壁との間に、ダンパーよりも低弾性の材料を介在させて
   なることを特徴とする免震構造体。