JPH09217520A

JPH09217520A - 免震構造体

Info

Publication number: JPH09217520A
Application number: JP32635996A
Authority: JP
Inventors: Koji Kubo; 孝治久保; Isao Hagiwara; 萩原　　勲; Yoshihide Fukahori; 美英深堀
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、地震、且つ通常時の風揺れなどに
も影響されない免震構造体を得ることが課題である。【解決手段】上面板３と下面板４の間に剛性を有した硬
質板１と粘弾性的性質を有した軟質板２とを、それぞれ
複数個、交互に積層した複合積層体の内部に該複合積層
体を貫通する孔を設け、その中に複数枚の弾性率が１．
５×１０⁵ Ｋｇｆ／ｃｍ² 以下の高分子材料の摩擦板６
を積層する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は免震装置に係り、特に風
揺れ等の影響を受けやすい戸建住宅等の軽負荷用、及び
一般ビル用に好適な免震装置に用いられる免震構造体に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数個の鋼板等の剛性を有した硬
質板と、同じく複数個の粘弾性的性質を有したゴム等の
軟質板とを交互に積層した免震構造体が、中層、低層の
ビルや橋梁等の免震装置のゴム支承片として広く用いら
れている。このような免震構造体の軟質板を構成するゴ
ム等の弾性体は、下記のようなばね特性を有するように
設計されるのが一般である。即ち、ゴム等の弾性体の横
ばね定数ＫH 、搭載質量をＭとして、水平方向の固有振
動数ｆH は次の条件を満たすように設計する。ｆH ＝（１／２π）√（ＫH ／Ｍ）＝０．５（Ｈｚ）この固有振動数ｆH は、建物や橋梁などの重量と、ゴム
などの弾性体の横ばね定数ＫH との比で決まるので、ビ
ルや橋梁など搭載質量Ｍの大きいものの免震装置の軟質
板を構成する弾性体はばね剛性の大きい材料、高弾性材
料が用いられることが一般的である。これを戸建住宅な
どの軽負荷のものにに適用すると、戸建住宅等は搭載質
量Ｍが小さいので、軟質板の材料はばね剛性の小さい、
低弾性のものが必要であった。また、地震による揺れを
早くおさえるために、ダンパー（エネルギー吸収装置）
併用するのが一般的であった。そのダンパーの一つとし
て、免震構造体の複合積層体の内部に貫通する孔を設
け、その孔の中に複数枚の摩擦板を積層したものが特開
昭６２−１４１３３０号等で提案されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、どのような摩
擦板でもこれらの特性を発揮できるわけでなく、例え
ば、摩擦板に金属板を用いた場合は、高剪断歪み時、即
ち地震時に周囲の複合積層体との接触により、摩擦板が
不可逆の変形を起こし、免震構造体としての機能を発揮
できなくなるという問題があった。本発明は、このよう
な従来の技術に鑑みてなされたものであり、地震にも風
揺れにも効果が大きく、不可逆の変形を起こさない免震
構造体を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、免震構造体
の上下の面板の間に剛性を有した硬質板と粘弾性的性質
を有した軟質板とを、それぞれ複数個、交互に積層した
複合積層体の内部に、該複合積層体を貫通する孔を設
け、該孔の中に複数枚の摩擦板を積層し、該摩擦板の弾
性率を１．５×１０⁵ Ｋｇｆ／ｃｍ² 以下の高分子材料
を用いることにより、上記のような問題点の解決を図っ
た。

【発明の実施の形態】

【０００５】本発明の免震構造体の軟質板に用いられる
材料としては、５０％モジュラスが１．０〜１０Ｋｇｆ
／ｃｍ² の特性を有するものが好ましく、更に好ましく
は、１．０〜７Ｋｇｆ／ｃｍ² 、更に１．０〜５Ｋｇｆ
／ｃｍ² が好ましく用いられる。即ち、熱可塑ゴム、ウ
レタンゴム、各種の加硫ゴム、未加硫ゴム、微架橋ゴ
ム、プラスチックス等の有機材料、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
各種の物を用いることができる。これらのものを単独で
用いても良いが、内側部分に高ダンピング材、外側部分
にクリープ性能の良くかつ柔らかい材料等と二種類以上
を組み合わせて使用しても良い。また、本発明における
硬質板としては、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、
化粧板等所要の剛性を有する各種の材料を使用すること
が出来る。

【０００６】本発明の免震装置に用いる免震構造体に耐
候性を付与するために免震構造体の外側を耐候性の優れ
た材料で被覆しても良い。この被服材料としては、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、フっ素ゴム、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、クロロプレンゴム
などを用いることが出来る。これらの材料は単独でも二
種類以上をブレンドしても良い。また、天然ゴム、イソ
プレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴ
ム、ニトリルゴムなどとブレンドしても良い。

【０００７】本発明に用いられる摩擦板は、弾性率１．
５×１０⁵ Ｋｇｆ／ｃｍ² 以下の高分子材料である。好
ましくは１．１×１０⁵ Ｋｇｆ／ｃｍ² 以下、更に好ま
しくは、８．５×１０⁴ Ｋｇｆ／ｃｍ² 以下の高分子材
料である。例えば摩擦板にジアリルフタレートを用いた
場合の弾性率の１例は、１．１×１０⁵ Ｋｇｆ／ｃｍ
² 、ガラス繊維補強（３０％）の６６ナイロンを用いた
場合の弾性率の１例は、８．５×１０⁴ Ｋｇｆ／ｃｍ
² 、６６ナイロン単体を用いた場合の弾性率の１例は、
２．９×１０⁴ Ｋｇｆ／ｃｍ² である。

【０００８】本発明に用いる摩擦板の材料は高分子材料
に限られる。高分子材料としては、例えば熱可塑性プラ
スチックとして、ポリアミド（ナイロン）、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ガラス繊維強化ポ
リスチレン、ポリ−Ｐ−キシレン、ポリ酢酸ビニル、ポ
リアクリレート、ポリメタアクリレート、ポリ塩化ビニ
ル、ポリ塩化ビニリデン、フッ素系プラスチック、ポリ
アクリロニトリル、ポリビニルエーテル、ポリビニルケ
トン、ポリエーテル、ポリカーボネイト、熱可塑性ポリ
エステル、ジエン系プラスチック、ポリウレタン系プラ
スチック、芳香族ポリアミド、ポリフェニレン、シリコ
ーンや、熱硬化性プラスチック（例えば不飽和ポリエス
テル樹脂）などを用いることができる。これらのプラス
チックは単体で用いても又は、可塑剤や充填剤、ガラス
繊維やカーボン繊維などの補強材を混合して用いても良
い。又、これらのプラスチックを単独で用いても、複数
の種類を複合して用いても良い。

【０００９】本発明の構成は、免震構造体の上下の面板
の間に剛性を有した硬質板と粘弾性的性質を有した軟質
板とを、それぞれ複数個、交互に積層した複合積層体の
内部に孔を設け、その中に複数の摩擦板を積層するもの
である。地震時などには、この摩擦板は免震構造体の剪
断変形に合わせて移動し、図５に示すようなヒステリシ
スループを描く。図５には、荷重８ｔｏｎを負荷した免
震構造体に、ｆ＝０．２Ｈｚのサイン波で、２００％歪
の振動を与えた時のヒステリシスループ（歪−力）を示
している。本発明の免震構造体のヒステリシスループ
は、図５のように必ず正勾配のループでなければならな
い。例えば、ステンレス板を摩擦板に用いると、その時
のヒステリシスループは図８のようになり、戻り変形過
程で負勾配の部分ができる。金属の摩擦板は、剪断変形
時に周囲の複合積層体の軟質板や硬質板との接触により
不可逆の変形を起こすからである。即ち、この不可逆変
形部分が隣接する硬質板に引っかかり、ヒステリシスル
ープに負の勾配を発生させると同時に不連続な衝撃音を
発生して軟質板を傷つけ、免震構造体の破壊の原因にも
なりかねない。

【００１０】本発明の摩擦板の厚さｔ_マサツは、軟質板１
枚の厚さｔ_R 以下であることが好ましい。また、この時
の摩擦板の直径ｄは、複合積層体の高さをＨ、軟質板の
総厚さをｈとしたときに、ｄ≧１０（ｈ／（Ｈ−ｔ
_マサツ））ｔ_マサツとなることが好ましい。即ち、硬質板１
枚の厚さをｔ_S 、硬質板の枚数をｎ枚としたときに、Ｈ＝（ｎ＋１）ｔ_R ＋ｎｔ_S ｈ＝（ｎ＋１）ｔ_R このとき、上下の面板間の摩擦板の枚数をｍ枚とする
と、Ｈ＝ｍｔ_マサツとなる。剪断歪み２００％時における摩擦板の重なり部
分は、摩擦板の直径ｄの８０％以上あることが望ましい
ので、（２ｈ／（ｍ−１））≦０．２ｄｄ≧１０（ｈ／（ｍ−１））＝１０（ｈ／（（Ｈ／ｔ_マサツ）−１））＝１０（ｈ／（Ｈ−ｔ_マサツ））ｔ_マサツとなる。更に好ましくは、剪断歪２００％時における摩
擦板の重なり部分は、摩擦板の直径ｄの９０％以上ある
ことが望ましく、ｄ≧２０（ｈ／（Ｈ−ｔ_マサツ））ｔ_マサツである。また、摩擦板の直径ｄは、硬質板の直径をＤと
すると、０．１≦（ｄ／Ｄ）≦０．８であることが好ましい。更に好ましくは、０．１≦（ｄ／Ｄ）≦０．６である。ｄ／Ｄが０．８を越えると摩擦力が大きくなり
過ぎ、免震構造体のバネ剛性とのバランスがくずれ、復
元力が損なわれてしまう。ｄ／Ｄが０．１未満になる
と、充分な減衰性が得られないため、目的を達し得な
い。

【００１１】本発明の摩擦板は、複合積層体を貫通する
孔の中に押込み力５〜１５０Ｋｇｆ／ｃｍ² で封入する
ことが好ましい。更に好ましくは５〜１００Ｋｇｆ／ｃ
ｍ²、更には、１０〜６０Ｋｇｆ／ｃｍ² である。封入
する圧力が、１５０Ｋｇｆ／ｃｍ² を越えると、免震構
造体が垂直方向に大きく引き伸ばされることになり、使
用時即ち載荷時の初期の沈み込み量を勘案しても１５０
Ｋｇｆ／ｃｍ² が限度である。又、押込み力５Ｋｇｆ／
ｃｍ² 未満では圧縮力が不十分であり、免震構造体とし
て十分な摩擦力を得ることができない。

【００１２】本発明の免震構造体は、一般ビル用として
は、面圧１５０ Kgf/cm²以下、５０Kgf/cm²以上で用い
られる。又、軽負荷用としては、面圧５０ Kgf/cm²未
満、更には面圧３０ Kgf/cm²以下、更に好ましくは面圧
２０ Kgf/cm²以下の軽負荷用免震構造体として好適に用
いられる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明を図面を参照して実施例につい
て具体的に説明する。

【実施例１】図１は本発明の実施例１に係る免震構造体
の断面図を示している。図１に示す免震構造体におい
て、上面板３（鉄板）と下面板４（鉄板）の間に硬質板
１として外径２５０ｍｍ、内径５０ｍｍ、厚さ１．６ｍ
ｍの鋼板３０枚（図では一部省略）、軟質板２として、
５０％モヂュラスが２．３Kgf/cm² 、引張り強度が９０
Kgf/cm² 、破断時の伸びが７６０％、剪断歪２００％に
おける剪断弾性率Ｇ＝１．９Kgf/cm² 、及びｔａｎδが
０．１１のゴム材料を用い、外径２５０ｍｍ、内径５０
ｍｍ、軟質板１枚の厚さ２．５ｍｍのものを３１層（図
では一部省略）用いた。中央の貫通する孔の中に、摩擦
板６として、厚さ１．５ｍｍ、外径４９．８ｍｍのナイ
ロン板を９９枚（図では一部省略）、摩擦板と摩擦板の
間に隙間ができないように封入した。外被ゴム５とし
て、天然ゴムを用いた。上面板３に、Ｍ４８のメスネジ
７を切り、そこにＭ４８のオスネジ８を押し込むことに
より、摩擦板に圧縮力を加えた。その時のトルクは５Ｋ
ｇｍ、押込み力は２５Ｋｇｆ／ｃｍ² であった。荷重８
ｔｏｎを負荷し、振動数ｆ＝０．２Ｈｚで、剪断歪２０
０％で振動させた時のヒステリシスループを図５に示
す。これにより、実施例１は負勾配を持たない安定した
ヒステリシスループであることがわかる。即ち、摩擦板
に高分子材料（ナイロン）を用いることにより、永久変
形を伴うことなく、理想的なヒステリシスループが得ら
れている。

【実施例２】図２は本発明の実施例２に係る免震構造体
の断面図を示している。図２に示す免震構造体におい
て、上面板３（鉄板）と下面板４（鉄板）の間に硬質板
１として外径２５０ｍｍ、内径５０ｍｍ、厚さ１．６ｍ
ｍの鋼板３０枚（図では一部省略）、軟質板２として、
５０％モヂュラスが２．３Kgf/cm² 、引張り強度が９０
Kgf/cm² 、破断時の伸びが７６０％、剪断歪２００％に
おける剪断弾性率Ｇ＝１．９Kgf/cm² 、及びｔａｎδが
０．１１のゴム材料を用い、外径２５０ｍｍ、内径５０
ｍｍ、軟質板１枚の厚さ２．５ｍｍのものを３１層（図
では一部省略）用いた。外被ゴム５は実施例１と同様の
ものを用いた。中央の貫通する孔の中に、摩擦板６とし
て、厚さ１．５ｍｍ、外径４９．８ｍｍのナイロン板を
９９枚（図では一部省略）、摩擦板と摩擦板の間に隙間
ができないように装填し、更にその摩擦板６の上に、皿
バネ９を乗せて封入した。その時の押込み力は２５Ｋｇ
ｆ／ｃｍ² であった。荷重８ｔｏｎを負荷し、振動数ｆ
＝０．２Ｈｚで、剪断歪２００％で振動させた時のヒス
テリシスループを図６に示す。これにより、実施例２は
負勾配を持たない安定したヒステリシスループであるこ
とがわかる。

【実施例３】図３は本発明の実施例３に係る免震構造体
の断面図を示している。図３に示す免震構造体におい
て、上面板３（鉄板）と下面板４（鉄板）の間に硬質板
１として外径２５０ｍｍ、内径５０ｍｍ、厚さ１．６ｍ
ｍの鋼板３０枚（図では一部省略）、軟質板２として、
５０％モヂュラスが２．３Kgf/cm² 、引張り強度が９０
Kgf/cm² 、破断時の伸びが７６０％、剪断歪２００％に
おける剪断弾性率Ｇ＝１．９Kgf/cm² 、及びｔａｎδが
０．１１のゴム材料を用い、外径２５０ｍｍ、内径５０
ｍｍ、軟質板１枚の厚さ２．５ｍｍのものを３１層（図
では一部省略）用いた。外被ゴム５は実施例１と同様の
ものを用いた。中央の貫通する孔の中に、摩擦板６とし
て、厚さ１．５ｍｍ、外径４９．８ｍｍのナイロン板を
９３枚、摩擦板と摩擦板の間に隙間ができないように装
填し、その上にパッキンとして、ＪＩＳ硬度６０°、厚
さ１０ｍｍのゴム板１０を圧縮ぎみに封入した。この時
の押込み力は、５Ｋｇ／ｆｃｍ² であった。荷重８ｔｏ
ｎを負荷し、振動数ｆ＝０．２Ｈｚで、剪断歪２００％
で振動させた時のヒステリシスループを図７に示す。こ
れによると、ヒステリシスループの中央部にゼロ勾配部
分が現れてはいるが、負勾配の部分は無く、実施例１、
実施例２よりは劣るが免震構造体としては機能してい
る。

【比較例１】図４は本発明の比較例１に係る免震構造体
の断面図を示している。図４に示す免震構造体におい
て、上面板３（鉄板）と下面板４（鉄板）の間に硬質板
１として外径２５０ｍｍ、内径５０ｍｍ、厚さ１．６ｍ
ｍの鋼板３０枚（図では一部省略）、軟質板２として、
５０％モヂュラスが２．３Kgf/cm² 、引張り強度が９０
Kgf/cm² 、破断時の伸びが７６０％、剪断歪２００％に
おける剪断弾性率Ｇ＝１．９Kgf/cm² 、及びｔａｎδが
０．１１のゴム材料を用い、外径２５０ｍｍ、内径５０
ｍｍ、軟質板１枚の厚さ２．５ｍｍのものを３１層（図
では一部省略）用いた。外被ゴム５は実施例１と同様の
ものを用いた。中央の貫通する孔の中に、摩擦板６とし
て、厚さ１．５ｍｍ、外径４９．８ｍｍのステンレス板
（ＳＵＳ３０４）を９９枚（図では一部省略）、摩擦板
と摩擦板の間に隙間ができないように封入した。上面板
３に、Ｍ４８のメスネジ７を切り、そこにＭ４８のオス
ネジ８を押し込むことにより、摩擦板に圧縮力を加え
た。その時のトルクは５Ｋｇ・ｍで、押込み力は、２５
Ｋｇｆ／ｃｍ² であった。荷重８ｔｏｎを負荷し、振
動数ｆ＝０．２Ｈｚで、剪断歪２００％で振動させた時
のヒステリシスループを図８に示す。これによると、戻
り変形時の途中からループ波形が乱れ、原点に戻る前に
急激な負勾配を示している。それと同時に大きな衝撃音
を発した。測定終了後、摩擦板を観察すると、剪断変形
させた側の端部の近傍に永久変形が見られ、この永久変
形部が負勾配、衝撃音の原因と推定される。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなごとく、免震構
造体の上下の面板の間に剛性を有した硬質板と粘弾性的
性質を有した軟質板とを、それぞれ複数個、交互に積層
した複合積層体の内部に、該複合積層体を貫通する孔を
設け、その孔の中に複数枚の弾性率が１．５×１０⁵ Ｋ
ｇｆ／ｃｍ² 以下の高分子材料の摩擦板を積層すること
により、地震時だけでなく風揺れにも効果がある免震構
造体を得ることができた。

【００１５】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例１に係る免震構造体の断
面図である。

【図２】図２は本発明の実施例２に係る免震構造体の断
面図である。

【図３】図３は本発明の実施例３に係る免震構造体の断
面図である。

【図４】図４は本発明の比較例１に係る免震構造体の断
面図である。

【図５】図５は本発明の実施例１に係る免震構造体のヒ
ステリシスループである。

【図６】図６は本発明の実施例２に係る免震構造体のヒ
ステリシスループである。

【図７】図７は本発明の実施例３に係る免震構造体のヒ
ステリシスループである。

【図８】図８は本発明の比較例１に係る免震構造体のヒ
ステリシスループである。

【符号の説明】

１：硬質板２：軟質板３：上面板４：下面板５：外被ゴム６：摩擦板７：メスネジ８：オスネジ９：皿バネ１０：ゴム板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下の面板の間に、剛性を有した硬質板
と粘弾性的性質を有した軟質板とをそれぞれ複数個交互
に積層した複合積層体を設け、更に該複合積層体の内部
に貫通する孔を設け、該孔の中に複数枚の摩擦板を積層
した免震構造体において、前記摩擦板が弾性率１．５×
１０⁵ Ｋｇｆ／ｃｍ² 以下の高分子材料であることを特
徴とする免震構造体。
【請求項２】前記摩擦板が、前記複合積層体の内部に
貫通する孔の中に押込み力５Ｋｇｆ／ｃｍ² から１５０
Ｋｇｆ／ｃｍ² で封入されていることを特徴とする請求
項１記載の免震構造体。
【請求項３】前記摩擦板の厚さｔ_マサツは、前記軟質板
１枚の厚さをｔ_R としたときに、ｔ_マサツ ≦ｔ_R であり、且つ前記摩擦板の直径ｄは、前記複合積層体の
高さをＨ、前記軟質板の総厚さをｈ、前記硬質板の直径
をＤとしたときに、ｄ≧１０（ｈ／（Ｈ−ｔ_マサツ））ｔ_マサツ０．１≦（ｄ／Ｄ）≦０．８であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
免震構造体。
【請求項４】前記摩擦板が、ナイロン、ポリエチレ
ン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、
又は不飽和ポリエステル樹脂を１種あるいは２種以上組
み合わせた材料からなることを特徴とする請求項１乃至
３のいずれか１項に記載の免震構造体。