JPH08326812A - 高減衰性ゴムを使用した積層ゴム体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高減衰性ゴム組成物を使用した積層ゴム体にお
いて、履歴特性が安定かつ明確で、減衰性能の大きな積
層ゴム体を得ること。 【構成】高減衰性ゴム組成物よりなるゴム層１と硬質の
平板状の補強板２とを交互に多段に積層してなる積層ゴ
ム体３において、積層ゴム体３を貫通する円柱状の鉛プ
ラグ４が１又は２以上積層面に直交して拘束状態をもっ
て埋め込まれてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】Ａ．発明の目的 (1) 産業上の利用分野 この発明は、積層ゴム支承あるいは積層ゴムダンパーと
して使用されるエネルギー吸収体としての積層ゴム体に
関し、更に詳しくは、高減衰性ゴム組成物を使用した積
層ゴム体に関する。ここで、積層ゴム支承は荷重の支持
を伴う積層ゴム体を、積層ゴムダンパーは荷重の支持を
伴わない積層ゴム体をいう。

【０００２】(2) 従来の技術 積層ゴム体は軟質層としてのゴム層と硬質層としての補
強板とを交互に積み重ね、加硫接着をもって一体に形成
されたものであって、板面に直交する方向（縦方向）に
作用する荷重に対しては大きな剛性を示し、板面に沿う
方向（横方向）に作用する荷重に対しては撓み性を示
す。これを橋桁（もしくは建物、以下同じ）と該橋桁の
荷重を地盤に伝える橋脚（もしくは基礎、以下同じ）と
の間に介装した積層ゴム支承に付いては、縦剛性をもっ
て橋桁の荷重を支持し、地震時において、該積層ゴム支
承の横剛性特性により地震の入力加速度を減少させ、橋
桁の振動を緩和するものであり、免震装置として有効で
ある。更には、別途配されたオイルダンパー等の減衰機
器をもって地震力のエネルギーを吸収させ、橋桁の揺れ
を速やかに減少させる。そこで、この積層ゴム支承のゴ
ム層に減衰性能を付与することにより、減衰機器が省略
され、配置空間の節減がなされるものであり、このた
め、高減衰性ゴム組成物の活発な開発がなされている。

【０００３】しかしながら、この高減衰性ゴム組成物よ
りなるゴム層を有する積層ゴム体においては、当該高減
衰性ゴム組成物を構成する組成物の配合により特性が種
々変化し、一定の性状のものが得られ難く、その減衰性
（ロスファクター）にも実用上から制限があり、一般に
減衰比で２０％以下である。また、図５の１点鎖線
（ロ）で表示されるように、せん断荷重−変位特性を示
す履歴曲線に線形性を持たすことが困難で、特に大変位
域（δ軸の左右端）において荷重が大きく振れるという
現象を抑えることができない。更に、この高減衰性ゴム
組成物を使用する積層ゴム体においては、温度差による
せん断荷重−変位特性の差が大きく、合理的な設計がな
し難いという欠点がある。

【０００４】(3) 発明が解決しようとする課題 本発明は上記実情に鑑みなされたものであって、この種
の高減衰性ゴム組成物を使用した積層ゴム体において、
履歴特性が安定かつ明確で、加えて、減衰性能の大きな
積層ゴム体を得ることを目的とする。本発明は、種々実
験の結果、この高減衰性ゴム組成物を使用した積層ゴム
体に鉛プラグを加えることにより、高減衰性ゴム組成物
の積層ゴム体の特性が改善されるとともに、大きな減衰
性能が得られるとの知見によりなされたものである。

【０００５】Ｂ．発明の構成 (1) 問題点を解決するための手段 本発明の高減衰性積層ゴム体は、具体的には、次の技術
的手段を採る。すなわち、高減衰性ゴム組成物よりなる
ゴム層と硬質の平板状の補強板とを交互に多段に積層し
てなる積層ゴム体において、前記積層ゴム体を貫通する
円柱状の鉛プラグが１又は２以上積層面に直交して拘束
状態をもって埋め込まれてなることを特徴とする。

【０００６】(2) 作用 積層面に直交する力に対しては鉛プラグの断面を除く積
層体により大きな剛性を発揮する。積層面に沿う力すな
わちせん断力に対しては、ゴム層は容易に撓み、該せん
断力が小さいとき鉛プラグが初期抵抗力を発揮して撓み
を阻止し、せん断力が大きくなると鉛プラグは塑性変形
を起こしゴム層とともにせん断変形を起こす。そして、
当該せん断力が大きく、強制振動力として作用すると
き、ゴム層及び鉛プラグは協働してせん断エネルギーを
吸収し、大きな減衰性を発揮する。

【０００７】(3) 実施例 本発明の高減衰性積層ゴム体の実施例を図面に基づいて
説明する。図１〜図４はその一実施例の高減衰性積層ゴ
ム体Ｓを示す。すなわち、図１はその全体の構成を示
し、図２〜図４はその部分構成を示す。

【０００８】この高減衰性積層ゴム体Ｓは、全体として
直方体をなし、軟質のゴム層１と硬質の補強板２とが交
互に積層された積層体３と、該積層体３に埋め込まれた
複数（本実施例では５）の円柱状の鉛プラグ４と、から
なる。

【０００９】以下、この積層ゴム体Ｓの細部構造につい
て説明する。積層体３ 積層体３は、高減衰性ゴム組成物よりなるゴム層１と硬
質の補強板２とからなる。積層体３には複数の孔６が穿
設され、これらの孔６内に鉛プラグ４が封入される。 （ゴム層１）ゴム層１は、高減衰性ゴム組成物よりな
る。高減衰性ゴム組成物は、天然ゴム、スチレンブタジ
エンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢ
Ｒ）、ブタジエンゴム素材（ＢＲ）、イソプレンゴム
（ＩＲ）、プチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴ
ム（Ｘ−ＩＩＲ）、クロロブレンゴム（ＣＲ）のゴム素
材に高減衰性を発揮する添加剤を加えて生成される。高
減衰性ゴム組成物として、 ａ．通常には、ゴム素材にカーボンブラックを加えたも
の、 ｂ．天然ゴムを主成分とするゴム成分１００重量部及び
充填剤としてシリカを７０重量部を含有したもの、 ｃ．天然ゴムとハイスチレンラバーとを４／１の比で含
有させたゴム成分１００重量部に対して、クマロンイン
デン樹脂１５重量部を配合してなるもの、が挙げられ
る。 （補強板２）補強板２は通常には鋼板が使用される。繊
維補強硬質ゴム板や繊維補強剛性樹脂板、あるいは帆布
であってもよい。補強板２は、上端面に配される厚肉の
上部補強板２ａ及び下端面に配される厚肉の下部補強板
２ｂ、並びにこれらの中間部に配される薄肉の複数の中
間補強板２ｃ、からなる。上部補強板２ａ及び下部補強
板２ｂの露出表面には取付け用のねじ穴８が開設され
る。

【００１０】ゴム層１はかぶり分だけ補強板２の外縁よ
り差し渡し長さが大きくされ、ゴム層１と補強板２とは
加硫接着をもって一体的に成形される。

【００１１】鉛プラグ４ 鉛プラグ４は、鉛体をもって円柱状に形成され、積層体
３の孔６内に密接して封入され、積層体３に拘束され
る。該鉛体４は純鉛の他に、鉛合金あるいは鉛とその他
の物質との混合物を含む。純鉛は、密度（g/cm³)が１
１．３６、融点が３２７．４℃を示し、機械的性質とし
ては、弾性率１３，６３１ＭPa、弾性限１．６６ＭPa、
引張強さ１４ＭPa、伸び４０〜５０％、圧縮強さ４９Ｍ
Pa、硬さ３〜７ＨＢＳを示す。このように、純鉛は展延
性に富み、容易に塑性変形を受ける。鉛体は塑性変形す
る際に振動エネルギーを吸収し、熱エネルギーとして放
出するとともに、再結晶化する。従って、繰り返し起こ
る塑性変形に対しても、そのエネルギー吸収性能は変化
しない。

【００１２】本実施例における鉛プラグ４はいずれも同
径であり、その配置は図示のとおり、積層体３内に、中
心部に１か所、各角部に４か所、等間隔をもって配され
る。そして、鉛プラグ４は積層体３に対して、その鉛直
投影面において、可及的大分を占める。すなわち、この
配列割合は鉛プラグ４の実効性がその直径に規定される
との知見からなされたものである。換言すれば、１つの
大径の鉛プラグよりも直径と高さとの比が所定の範囲に
ある多数の小径の鉛プラグの方が効果が大きく、実効性
がある。

【００１３】（免震積層ゴム支承Ｈ）本積層ゴム体Ｓ
は、図４に示すように、積層体３の上下面に露出する上
下端板２ａ，２ｂにそれぞれ上下面板１０，１１を取り
付け、これらの上下面板１０，１１を介して建物Ｇ並び
に基礎Ｂに介装設置させ、免震積層ゴム支承Ｈとして使
用される。図において、１２は上下面板１０、１１から
積層体３の上下端板２ａ、２ｂのねじ穴８に螺装された
取付けボルトであり、１３は上面板１０に植設された上
部アンカー部材、１４は下面板１１に植設された下部ア
ンカー部材である。

【００１４】（実施例の作用・効果）上記のように構成
された本実施例の高減衰性積層ゴム体Ｓは以下の作用を
発揮する。積層面に直交する力に対しては鉛プラグ４の
断面を除く積層体３により大きな剛性を発揮する。積層
面に沿うせん断力に対しては、ゴム層１は容易に撓み、
該せん断力が小さいとき鉛プラグ４が初期抵抗力を発揮
して撓みを阻止し、せん断力が大きくなると鉛プラグ４
は塑性変形を起こしゴム層１とともにせん断変形を起こ
す。当該せん断力が大きく、強制振動力として作用する
とき、ゴム層１及び鉛プラグ４は協働してせん断エネル
ギーを吸収し、大きな減衰性を発揮する。

【００１５】図５はこの高減衰性積層ゴム体Ｓの履歴特
性を示す荷重−変位線図である。図において、縦軸はせ
ん断力Ｆ（トン）を示し、横軸は変位量δ（ミリメート
ル）を示す。イの実線は本高減衰性積層ゴム体Ｓの履歴
曲線を示す。ロの１点鎖線は同じ諸元の高減衰性ゴム組
成物を使用し鉛プラグのない積層ゴム体の履歴曲線を示
す。更に、ハの２点鎖線は同じ諸元で高減衰性ゴム組成
物を使用しない通常の積層体に鉛プラグを封入した積層
ゴム体の履歴曲線を示す。ニの破線は同じ諸元でのゴム
体のみの履歴曲線を示す。図示されるように、本高減衰
性積層ゴム体Ｓ（イ）の示す履歴特性は、高減衰性ゴム
組成物を使用し鉛プラグのない積層ゴム体（ロ）の履歴
特性に比べ格段に大きな履歴特性が得られ、従って大き
な減衰性を発揮する。また、高減衰性ゴム組成物を使用
し鉛プラグのない積層ゴム体（ロ）のような不安定性が
なく、明確な線型性を示す履歴曲線が得られる。

【００１６】また、図６に、温度差に基づく本高減衰性
積層ゴム体Ｓ（イ）と高減衰性ゴム組成物を使用し鉛プ
ラグのない積層ゴム体（ロ）との履歴曲線の変化を示
す。これによれば、０°Ｃと２０°Ｃとで両者はともに
Δの荷重だけの変化があるが、その影響は本高減衰性積
層ゴム体Ｓでは比率的に小さく現れ、高減衰性ゴム組成
物を使用し鉛プラグのない積層ゴム体の欠点を克服でき
る。

【００１７】このように、本実施例の高減衰性積層ゴム
体Ｓによれば、大きな減衰性能が得られるばかりでな
く、履歴特性が線形をなし、安定的で、かつ、明確であ
る。また、温度変化に対しても影響が小さい。なお、減
衰率ｈで表示すると、従来の高減衰性ゴム組成物を使用
し鉛プラグのない積層ゴム体にあっては２０％以下、高
減衰性ゴム組成物を使用しない通常の積層体に鉛プラグ
を封入した積層ゴム体にあっては２０〜３０％が限度で
あるが、本高減衰性積層ゴム体ではそれを上回る減衰率
４０％を得ることができる。

【００１８】叙上の実施例では、本積層ゴム体Ｓを免震
積層ゴム支承Ｈに適用する態様を示したが、荷重支持を
伴わない減衰装置自体へも適用されることはいうまでも
ない。

【００１９】本発明は上記実施例に限定されたものでは
なく、本発明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更
が可能である。すなわち、以下の態様は本発明の技術範
囲内に包含されるものである。 図例では鉛プラグ４は積層体３に５か所配されてい
るが、中心部に１か所のみ、あるいは角部に４か所配し
てもよい。更には、鉛プラグ４を更に多数配し千鳥状に
並べてもよい。 本積層ゴム体は断面が正方形の直方体に限らず、断
面が長方形、あるいは多角形であってもよい。更には、
円形断面も採られる。図７はその一例の積層ゴム体Ｓ１
を示し、鉛プラグ４は円形方向に等間隔をもって６か所
配されてなる。

【００２０】Ｃ．発明の効果 本発明の高減衰性積層ゴム体によれば、大きな減衰性能
が得られるばかりでなく、線形をなす履歴特性が得ら
れ、かつその特性は安定的で明確である。また、温度変
化に対しても影響が小さい。従って、高減衰性ゴム組成
物を使用した従来の積層ゴム体の特性が大きく改善され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高減衰性積層ゴム体の一実施例の全体
を示す斜視図。

【図２】本実施例の平面図。

【図３】図２のIII-III 線拡大断面図。

【図４】免震積層ゴム支承の構成図。。

【図５】履歴特性図。

【図６】温度差を示す履歴特性図。

【図７】本発明の高減衰性積層ゴム体の他の態様を示す
平面図。

【符号の説明】

Ｓ，Ｓ１…高減衰性積層ゴム体、１…ゴム層、２…補強
板、３…積層体、４…鉛プラグ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高減衰性ゴム組成物よりなるゴム層と硬質
   の平板状の補強板とを交互に多段に積層してなる積層ゴ
   ム体において、 前記積層ゴム体を貫通する円柱状の鉛プラグが１又は２
   以上積層面に直交して拘束状態をもって埋め込まれてな
   る、ことを特徴とする高減衰性積層ゴム体。