JPH11270621A

JPH11270621A - 積層ゴム支承

Info

Publication number: JPH11270621A
Application number: JP7206698A
Authority: JP
Inventors: Toru Okada; 徹岡田; Hiroki Ueda; 宏樹上田; Koichi Makii; 浩一槇井; Yuichi Mimura; 裕一三村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】環境に優しく、小体積・低重量で、設計変更
の容易である積層ゴム支承を提供する。【解決手段】弾性材料２層と剛性材料３層が軸心方向
に交互に積層されてなる積層体４の軸心部に軸心方向に
沿って貫通する振動エネルギ吸収部材７を埋設してなる
積層ゴム支承１。振動エネルギ吸収部材７が、与えられ
た応力が弾性限度を超えると塑性変形を起こしその状態
を維持しうる弾塑性材料を中空形状にし、その外周を前
記積層体の内周面に密着させてなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層ゴム支承に関
する。さらに詳しくは、構造物（例えば、建築物、橋梁
等）の地震、風、交通振動等による振動を減少せしめる
減衰装置に用いられる積層ゴム支承に関する。

【０００２】

【従来の技術】積層ゴム支承は、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、板面に直行
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。構造物と地盤の間や構造物間に
介装した積層ゴム支承については、縦剛性により構造物
の荷重を支持し、地震時においては、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、構造物の
振動を緩和するものであり、別途配された鋼棒や鉛を利
用した弾塑性ダンパーや、オイルダンパー、粘弾性ダン
パー、摩擦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、建物の揺れを速やかに減少させる。
この別途配する減衰機器を省略し、配置空間を節減する
ために、積層ゴム支承自体に減衰性能を付与する方法と
して、図２３に示す積層ゴム体１００に柱状鉛１０１を
密に配する方法（特開平９─１０５４４１号公報参照）
や高減衰性ゴム等が開発・実施されている。

【０００３】積層ゴム体１００が免震装置として着目さ
れる前から、構造物と地盤との間などに鉛部材を配し
て、振動エネルギ吸収体として用いることは知られてい
る（特公昭６１─１７９８４号公報参照）。この鉛部材
は、二つの構造物間に固定されていて、せん断力を加え
ることによって塑性変形する。このような振動エネルギ
吸収体としての鉛部材は、その塑性変形において、亀裂
等を生じること無しに振動エネルギを好ましく吸収する
が、変形後も通常のバネと異なり、吸収したエネルギを
構造物に戻さず、その変形した状態を維持し、構造物の
元の位置への復帰を行わせ難いものである。

【０００４】一方、積層ゴム体１００では、地震入力加
速度を低減し、構造物を地震の破壊力から一応保護する
が、振動エネルギ吸収能力が低く、これを単独で免震装
置として用いた場合、鉛部材と比較して、地震動を受け
た構造物の地震後の振動が鎮まるまでに長時間を要する
等の地震工学および振動工学の観点から実用上種々の問
題がある。

【０００５】そこで、柱状鉛１０１の塑性変形における
振動エネルギ吸収能と、積層ゴム体１００の地震入力加
速度の低減能および復元能とを併せ持つべく、前述のよ
うに、積層ゴム体１００と柱状鉛１０１を具備してなる
免震装置（図２３参照）が、提案されたものである。

【０００６】図２３に示される免震装置は、積層ゴム体
１００の円筒状の内周面１００ａで規定される中空部に
円柱状鉛１０１を密に配してなる積層ゴム支承の、上面
および下面にフランジプレート１０４および１０５を螺
着したものである。積層ゴム体１００は、弾性材料層を
構成するゴム等からなる環状の弾性板１０２と剛性材料
層を構成する環状の剛性板１０３とを交互に積層して相
互に固定してなるものである。フランジプレート１０４
および１０５は、円柱状鉛１０１の上面１０１ａおよび
下面１０１ｂにそれぞれ当接して積層体の下面および上
面にボルト等により取り付けられている。この免震装置
は、例えば、フランジプレート１０５側が基礎等の一方
の構造物に固定され、フランジプレート１０４側に建築
物等の他方の構造物が載置されて、フランジプレート１
０４、１０５を介して建築物等から鉛直方向荷重Ｘを受
けるようにして用いられる。

【０００７】ところで、鉛は加工硬化に対して常温で回
復するという特性を有しており、図２３に示されるよう
な免震装置において、柱状鉛１０１は、繰り返しの使用
が可能であるとともに、環境変化には強く、安定したエ
ネルギ吸収能力を得ることができるという利点がある一
方で、鉛の人体への有毒性についてはＷＨＯなどで医学
的調査が続けられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、柱状鉛入
積層ゴム支承は、柱状鉛が周囲の積層ゴム体の変形に追
従して、せん断変形することにより高いエネルギ吸収を
実現できるが、鉛の毒性による環境負荷が問題となる。

【０００９】また、鉛の密度が約１１．４ｇ／ｃｍ³と
極端に重く、変形抵抗が異常に小さいため、一定の歪み
吸収エネルギを得ようとすると柱状鉛の体積は大きくな
り、密度が大きいために必然的に重量が膨れ上がる。従
って、運搬および施工時において相応の設備を必要と
し、コストがかかるという問題がある。

【００１０】さらに、免震構造物の設計において、振動
エネルギ吸収特性を適正化するための免震装置の設計変
更が容易にできないという問題がある。すなわち、前述
の柱状鉛入り積層ゴム支承の振動エネルギ吸収特性は、
柱状鉛が純せん断変形するせん断降伏荷重により決まる
ものであり、このせん断降伏荷重は主にその柱状鉛の断
面積により決まる。しかし、柱状鉛は、積層ゴム体内の
中空部に中実状に密に配された構造であるがために、柱
状鉛の断面積を変えるためには周囲の積層ゴムもその形
状（寸法）に応じて再設計する必要がある。従って、免
震構造物の設計において、免震ゴムのバネ特性に応じて
高い免震性能を得るために、適切な特性を有する振動エ
ネルギ吸収体を設けようとすると、積層ゴム体のバネ特
性と、柱状鉛のせん断降伏荷重の２つを変数として多大
な計算と試験を試み、最適値を選択しなければならない
ため、作業が煩雑であり合理的でない。

【００１１】一方、積層ゴム体の振動エネルギ吸収特性
を向上させるために、開発された高減衰性ゴム層を配し
た積層ゴム体においては、温度等の環境の変化によりそ
の特性は大きく変化し、一定の性状のものが得られ難
く、また一般に減衰性能も低いことが知られている。

【００１２】そこで、鉛に代えて他の材料で、積層ゴム
体の変形に追従してせん断変形することにより高いエネ
ルギ吸収を実現できる振動エネルギ吸収部材の提供が要
望されている。

【００１３】しかしながら、例えば、軟鋼やアルミ亜鉛
合金を使用する場合、その降伏応力は、およそ２０００
〜２９００ｋｇｆ／ｃｍ²（表１参照）であり、鉛の降
伏応力が約１５０ｋｇｆ／ｃｍ²であることと比較する
と著しく異なっている。従って、図２３に示される柱状
鉛１０１と同様の耐力を同様の円柱形状で実現するため
には、図２４に示されるように、円柱１０６の断面積は
柱状鉛１０１の１／２５、即ち直径を１／５にする必要
がある。しかし、このように円柱１０６の径を細くする
と、円柱１０６のせん断剛性は、曲げ剛性よりも小さく
なり、せん断変形を生じず、周囲の積層ゴム体１０７の
動きに追従しない。これは、円柱１０６とフランジプレ
ート１０４および１０５とが固定されていない場合も固
定されている場合と同様に起こる問題である。さらに、
円柱１０６がせん断変形しないことにより、引っ張り力
が生じ、円柱１０６の端部１０６ａ、１０６ｂにおける
応力集中による破断（図２５参照）、引っ張り圧縮後の
座屈（図２６参照）の問題が生じる。これは、円柱１０
６とフランジプレート１０４および１０５とが固定され
ている場合に起こる問題である。

【００１４】本発明は、前述の問題に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、環境に優しく、小
体積・低重量で、設計変更の容易である積層ゴム支承を
提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１にかかる発明
は、弾性材料層と剛性材料層が軸心方向に交互に積層さ
れてなる積層体の軸心部に軸心方向に沿って貫通する振
動エネルギ吸収部材を埋設してなる積層ゴム支承。前記
振動エネルギ吸収部材が、与えられた応力が弾性限度を
超えると塑性変形を起こしその状態を維持しうる弾塑性
材料を中空形状にし、その外周を前記積層体の内周面に
密着させてなるものであることを特徴とする。積層体が
地震の入力加速度を低減し、振動エネルギ吸収部材が、
積層体の動きに追従してせん断型の塑性変形を起こし、
振動エネルギを吸収する。弾塑性材料としては、軽金属
など、環境に優しい金属等を適宜選択することができ
る。例えば、鉄、アルミ、銅、錫、アルミ─亜鉛合金な
どである。振動エネルギ吸収部材は、中空形状であり、
外径を変えることなく内径を変えることによって断面積
を自由に設定することができる。したがって、設計変更
にあたって、周囲に密着する積層体の内径の大きさを変
える必要はなく、簡単に最適な振動エネルギ吸収特性を
有する積層ゴム支承を得ることができる。

【００１６】請求項２にかかる発明は、請求項１に記載
の発明に加えて、前記振動エネルギ吸収部材の形状が、
コイル形状である。コイル形状とすることにより、周囲
の積層体の挙動に追従し、せん断型の変形挙動を示す。
この時、コイルの各部分は安定した曲げ変形を示し、そ
の曲げ応力が材料の降伏耐力を超え塑性領域に入ること
により、このプラグはヒステリシス特性を示し振動エネ
ルギを吸収する。

【００１７】請求項３にかかる発明は、請求項２に記載
の発明に加えて、前記コイル形状を形成する素線同志を
密接させてなる。コイルを密に巻くことにより、コイル
の各ループの上下方向の変位は拘束され、積層ゴム支承
の大変形時でもコイルの位置がずれたりせずに、安定し
た動きを示す。また、コイルがせん断変形するときに、
コイルの各ループの間で摩擦が生じ、低振幅時から高い
エネルギ吸収能力を発揮する。

【００１８】請求項４にかかる発明は、請求項１に記載
の発明に加えて、前記振動エネルギ吸収部材の形状が、
蛇腹形状である。蛇腹形状にすることにより、上部フレ
ームプレートや周囲の積層体の挙動に応じてせん断変形
する。また、積層ゴムの大変形時においてプラグ上部と
下部との距離が長くなり、引っ張り力が生じても、蛇腹
形状であるためにプラグは比較的容易に伸縮できるた
め、引っ張り力は小さく、プラグ端部に置ける応力集中
による破断等は生じない。また、引っ張り圧縮後におい
てもの、ほぼ元の形状に戻り、円形断面の一部に凹みが
生じる等の座屈することはない。この蛇腹形状の振動エ
ネルギ吸収体は、繰り返し力を与えたときには、材料特
性や形状にはよるが、積層体に埋設されて柱状鉛入り免
震装置とほぼ等しいヒステリシスカーブ特性を得ること
ができ、高いエネルギー吸収能力を発揮する。

【００１９】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の発明に加えて、前記振動エネルギ吸収部材の形状が、
円筒形状である。円筒形状の振動エネルギ吸収部材も、
積層体内に埋設されて周囲の積層体の挙動に応じて変形
し、振動エネルギを吸収する。

【００２０】請求項６にかかる発明は、請求項５に記載
の発明に加えて、さらに、前記振動エネルギ吸収部材の
軸心に対する曲げ剛性が軸心に対するせん断剛性よりも
大きくなるように形成されている。軸心に対する曲げ剛
性が軸心に対するせん断剛性よりも大きくされた振動エ
ネルギ吸収部材では、安定した挙動を示す。

【００２１】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の発明に加えて、前記円筒形状を呈する振動エネルギ吸
収部材の中空の内面に沿って、当該振動エネルギ吸収部
材の座屈を防止するための座屈防止部材が設けられてな
る。座屈防止部材によって、円形断面に凹みを生じさせ
ない。一旦座屈すると断面形状が変わり、そこに応力が
集中し、振動エネルギ吸収部材が破断するおそれがあ
る。しかし、この座屈防止部材によって、座屈すること
がないので、断面形状は維持され、安定したせん断変形
挙動を示す。

【００２２】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
の発明に加えて、前記座屈防止部材が、柱状弾性部材で
ある。中空形状の振動エネルギ吸収部材が、内側へ凹ま
ないように付勢する。

【００２３】請求項９に記載の発明は、請求項７に記載
の発明に加えて、前記座屈防止部材が、円板状の剛性部
材を軸方向に積層したものである。せん断方向の変位に
対しては抵抗がなく、中空形状の振動エネルギ吸収部材
の内側へ凹みに対しては、これを完全に防ぎ切ることが
できる。

【００２４】請求項１０に記載の発明は、請求項７に記
載の発明に加えて、前記座屈防止部材が、円板状の剛性
部材と円板状の粘弾性部材を交互に軸方向に積層してな
るものである。剛性部材としては、金属板、高分子材
料、繊維強化材料など、硬質で補強板として用いうるも
のを適宜選択することができる。粘弾性部材としては、
例えば、酢酸ビニル樹脂系、アスファルト樹脂系、ブチ
ルゴム系などを挙げることができる。これら剛性部材と
粘弾性部材を交互に接着して積層することにより、せん
断変形時には剛性部材はせん断方向にスライドさせられ
るために、剛性板間の粘弾性部材がせん断変形する。こ
の粘弾性部材がせん断変形するときには、高いエネルギ
吸収納力を有するために、弾塑性材料の弾性領域内であ
り、それ単体ではエネルギ吸収能力が小さい微小変位時
に対しても、高いエネルギ吸収能力を持った振動エネル
ギ吸収部材を構成できる。

【００２５】請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至
１０の何れかに記載の発明に加えて、前記振動エネルギ
吸収部材を形成する弾塑性材料が、鉛よりも比重が小さ
く降伏応力が大きい性質を有する材料である。鉛を用い
ないので、環境に優しい免震装置を得ることができる。
また、鉛よりも比重が小さく、変形応力の高い材料を用
いることにより、小体積・低重量で、運搬および施工が
容易で諸費用の節約が図れる。

【００２６】請求項１２に記載の発明は、請求項１１に
記載の発明に加えて、前記振動エネルギ吸収部材を形成
する弾塑性材料が、Ａｌ−Ｚｎ合金を主成分とするもの
である。アルミ・亜鉛を主成分とする合金は、加工硬化
特性は安定し、延性も優れている。また、同合金は、降
伏耐力の歪み速度依存性も小さいことが知られている。
また、鉛と同様に、常温以下でも転移の回復、つまり冷
間加工硬化の自己消滅がおきることが確認されている。
さらに、合金の主成分であるアルミおよび亜鉛とも鉛や
鉄に比べ密度が低いため、大幅な軽量化が可能である。
つまり、軽量であるがために適用可能構造物の範囲も広
がり、高層部への取り付けが可能で、橋梁や多層構造物
の階層間への適用が容易になり、運搬コストの削減や施
工性もよくなる。

【００２７】請求項１３に記載の発明は、請求項１１ま
たは１２に記載の発明に加えて、前記振動エネルギ吸収
部材を形成する弾塑性材料が、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｕを主成
分とするもの、もしくは、それらのうちの二以上を主成
分とする合金である。環境に優しい免震装置を提供でき
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図示例とと
もに説明する。図１は、本発明の積層ゴム支承の一実施
例の縦断面説明図であり、図２乃至図９は、本発明の積
層ゴム支承の振動エネルギ吸収特性を説明する説明図で
ある。また、図１０および図１１は、本発明の積層ゴム
支承の他の実施例の説明図、図１２乃至図１４は、さら
に他の実施例の説明図、図１５乃至図１８は、またさら
に他の実施例の説明図、図１９乃至図２１は、座屈防止
部材の断面説明図、図２２は、積層体の他の形態例を示
す図である。

【００２９】図１において、本発明の積層ゴム支承１
は、弾塑性材料からなるコイル形状の振動エネルギ吸収
部材７が積層体４の中央に埋設されてなるものである。
積層ゴム支承１の上部および下部には、２つの構造物に
取り付けるための取付板５、６と接合されている。コイ
ル形状の振動エネルギ吸収部材７は、上下部取付板５、
６と接合され、かつ周囲の積層体４との接合されている
ことが、振動エネルギ吸収部材７の周囲の積層体４の挙
動に対する追従性の観点から好ましいが、接合されてい
なくてもよい。また、接合の方法には、ボルト止め、ロ
ー付け、はめ合いなど、従来から一般に用いられる固定
方法が可能であり、接合されていない場合には、振動エ
ネルギ吸収部材７の端面と上下部取付板５、６との端面
が単に接している、もしくは接していなくても可能であ
る。以上は、後述する他の形状の振動エネルギ吸収部材
９、１１、１３も同様である。

【００３０】積層体４は、金属板２とゴム３を平行状態
を保ったまま交互に積み重ねてなるものである。金属板
２とゴム３はそれぞれ、厚みが数mm〜１０mmであり、数
枚〜数十枚を交互に積み重ねられている。金属板２は、
ゴム３が横に広がろうとする変形を拘束するもので、金
属板２と取付板５、６は、鉄の他、耐腐食性が良好なス
テンレスなどの鋼板、アルミニウム、アルミニウム合
金、銅、銅合金など、剛性材料から形成される。ゴム３
は、天然ゴム等の弾性材料から形成される。

【００３１】振動エネルギ吸収部材７は、弾塑性材料に
より形成されており、周囲の積層体４の挙動に追従し、
せん断型の変形挙動を示す。この時、振動エネルギ吸収
部材７のコイルの各部分は安定した曲げ変形を示し、そ
の曲げ応力が材料の降伏耐力を超え塑性領域に入ること
によりヒステリシス特性を示し振動エネルギを吸収す
る。

【００３２】今、図２の（ｂ）に示すように、コイルに
せん断方向荷重Ｆが作用したときに、振動エネルギ吸収
部材７がせん断方向に変形すると仮定すると、コイルの
各ループには等しい力Ｆが作用し、模式的に図３のよう
に示すことができる。図３はコイルの一部分を抜き出し
たものである。この時、曲げ応力が最も大きくなる部分
は、断面Ａ−Ａ′、Ｂ−Ｂ′の部分であり、この断面の
周辺部から塑性変形は進展していく。

【００３３】次に、このコイル型減衰プラグの降伏耐力
について簡単に説明する。計算はコイルの対称性を考慮
して、図４に示すように、コイルの１／４円で考える。
図に示すように、ループの一端に力Ｆが作用していると
すると、断面Ａ−Ａ′に生じる応力は、円弧の内側で最
大となり、曲がり梁の理論から、力Ｆとその最大応力σ
１の関係は次式（１）で与えられる。

【００３４】

【数１】

【００３５】よって、弾塑性材料の降伏耐力をσｓとし
た場合、本発明であるコイル形状プラグが降伏し始める
荷重Ｆｓは次式（２）で表せる。

【００３６】

【数２】

【００３７】一方、この１／４円における荷重作用点の
変位ｕは、材料を弾性領域で考えた場合次式（３）で表
せる。

【００３８】

【数３】

【００３９】よって、巻数ｎのコイルの場合、上式は１
／４円であることを考慮すると、コイル全体の撓みδ
は、次式（４）で表される。

【００４０】

【数４】

【００４１】以上から、コイル形状プラグの降伏時にお
ける水平変位δｓは、次式（５）となる。

【００４２】

【数５】

【００４３】すなわち、このコイル形状の振動エネルギ
吸収部材７は、水平変位σｓまでは弾性挙動を示し、変
位がそれ以上になると一部塑性変形し始め、ヒステリシ
ス特性を示す。変形量が大きくなると、材料特性やコイ
ル形状にはよるが、ヒステリシスループは図５に示すよ
うに、矩形に近い形になり、ループの最大荷重はコイル
プラグの降伏荷重Ｆｓよりも大きな値となる。

【００４４】このコイル形状の振動エネルギ吸収部材７
を積層体４に埋設すると、図６に示されるように、図５
に示したコイル形状プラグの特性と積層ゴムの特性とが
合わさり、従来の柱状鉛入り免震装置とほぼ等しいヒス
テリシスカーブ特性を得ることができる。

【００４５】このようなコイル形状の振動エネルギ吸収
部材７を用いることにより本発明では、従来の柱状鉛に
代えて、環境に優しい金属を用いて、軽量化を図ること
ができる。以下、表１および表２に基づいて、従来の柱
状鉛と本発明の振動エネルギ吸収部材７とを比較説明す
る。本発明では、振動エネルギ吸収部材７の形状を工夫
することによって、周囲の積層体の動きに追従してせん
断変形するものを提供しており、鉛以外の弾塑性材料
（例えば、鉄、アルミ、銅、アルミ亜鉛合金）を用いて
軽量化を図ることができる。

【００４６】振動エネルギ吸収部材のせん断変形に対す
る降伏荷重が柱状鉛とほぼ同じ値になるように設計する
場合、断面積は降伏荷重および材料の降伏応力を基に式
（５）から求まる。また重量は断面積に高さと密度を掛
けた値である。このことから、積層ゴム支承の高さを一
定とすると、振動エネルギ吸収部材の重量は材料の降伏
応力に反比例し密度に比例し、鉛に比べて降伏応力が高
く密度が低い材料を振動エネルギ吸収部材とすることに
より、大幅な軽量化が可能であることが言える。表１に
示した各材料の物性値を基に計算を行うと、表２に示す
通りとなる。表の値は、鉛に比べたときの比で示してい
る。この結果から、鉛以外の弾塑性材料を使うことによ
り、柱状鉛に比べ大幅な軽量化が可能であることが分か
る。

【００４７】なお、表２に示した値は、各種金属材料の
代表値（表１）を用いて算出した結果であり、各金属に
対して成分調整や合金化さらに熱処置工程等により金属
材料の機械的特性はある程度調整可能で材料の強度を増
すことによりさらなる軽量化も可能となる。

【００４８】なかでも、アルミ・亜鉛を主成分とする合
金は、加工硬化特性は安定し、表１に示すように延性も
優れている。また、同合金は、降伏耐力の歪み速度依存
性も小さいことが知られている。また、鉛と同様に、常
温以下でも転移の回復、つまり冷間加工硬化の自己消滅
がおきることが確認されている。また、合金の主成分で
あるアルミおよび亜鉛とも、鉛や鉄に比べ密度が低いた
め（表１）、大幅な軽量化が可能である（表２）。つま
り、軽量であるがために適用可能構造物の範囲も広がり
（高層部への取り付けが可能で、例えば、橋梁や多層構
造物の階層間への適用が特に有効である）、運搬コスト
の削減や施工性もよくなる。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】ここで、アルミ・亜鉛合金のヒステリシス
特性の実験結果を示す。アルミ・亜鉛合金は、アルミ２
０％、亜鉛８０％の合金とした。試験は、ゲージ径１０
ｍｍφ、ゲージ長さ５ｍｍの円筒型引っ張り試験片で実
施した。引っ張り圧縮繰り返し試験結果を図７乃至図９
に示す。図７は、１回目の繰り返し、図８は、２０回目
の繰り返し時のヒステリシスカーブ、図９は横軸を繰り
返し数とした時の変形荷重の結果を示している。図９に
おいて、σｍａｘ、σｍｉｎ、Δσはそれぞれ圧縮時の
変形荷重、引っ張り時変形荷重、両者の絶対値の和であ
る。

【００５２】図７および図８から１回目のカーブと２０
回目のカーブでほとんど差は見られず、安定した荷重変
形が確認できる。図９から、繰り返し荷重を与えた後も
引っ張り圧縮応力が一定しており、加工硬化特性が非常
に安定していることが確認できる。

【００５３】次に、他の実施例を説明する。

【００５４】図１０および図１１において、積層体４は
図１と同様に中空体であるが、振動エネルギ吸収部材９
を形成するコイルは、素線同志を密接させている。この
ように、コイルを密に巻くことにより、コイルの各ルー
プの上下方向の変位は拘束され、積層ゴム支承８の大変
形時でもコイルの位置がずれたりせずに、安定した動き
を示す。また、コイルがせん断変形するときに、コイル
の各ループの間で摩擦が生じ、低振幅時から高いエネル
ギ吸収能力を発揮する。したがって、微小振動に対して
も制振効果を有する。

【００５５】図１２乃至図１３において、この積層ゴム
支承１０は、蛇腹形状を呈する振動エネルギ吸収部材１
１を埋設してなるものである。蛇腹形状にすることによ
って、この振動エネルギ吸収部材１１は、積層ゴムの大
変形時にでも、その動きに追従し、高いエネルギ吸収能
力を発揮する。

【００５６】図１５乃至図１８において、この積層ゴム
支承１２は、円筒形状を呈する振動エネルギ吸収部材１
３を埋設してなる。この振動エネルギ吸収部材１３は、
上下取付板１４、１５にも設けられた円孔１４ａ、１５
ａを貫通するように設けられているが、円孔１４ａ、１
５ａのないものでもよい。また、エネルギ吸収部材１３
と取付板１４、１５とが結合されていることが、エネル
ギ吸収部材がせん断変形しやすいという観点から好まし
い。したがって、図１等に示されるような平板上の取付
板５、６間に円筒形状のエネルギ吸収部材１３を固定的
に取り付けるようにしてもよい。

【００５７】図１５乃至図１８に示されるように、弾塑
性材料からなる円筒形状の振動エネルギ吸収部材１３を
積層体４内に埋設することにより、振動エネルギ吸収部
材１３は、取付板１４、１５や周囲の積層体４の挙動に
応じて変形する。この時、図１７に示すような曲げ変形
と、図１８に示すようなせん断型の変形挙動が考えられ
る。ここで振動エネルギ吸収部材１３の周囲の積層体４
は、従来図の図２５に示すようにせん断型の挙動を示す
ため、この動きに追従するためには、振動エネルギ吸収
部材１３に付いてもせん断型の変形挙動が望まれる。曲
げ型とせん断型の変形挙動のうち、どちらの変形が支配
的となるかは、振動エネルギ吸収部材１３の曲げ剛性と
せん断剛性の大きさによるものであり、両者の剛性を比
較したときに、より剛性値が低い方の挙動が支配的とな
る。曲げ剛性は、振動エネルギ吸収部材１３の断面２次
モーメントに比例し、せん断剛性については、振動エネ
ルギ吸収部材１３の断面積に比例する。よって振動エネ
ルギ吸収部材１３を円筒形状にし、断面２次モーメント
を大きくすることにより、せん断変形が支配的となる変
形挙動を示し、その時のせん断応力が材料の降伏耐力を
超え塑性領域に入ることによりヒステリシス特性を示
し、高いエネルギ吸収能力を発揮する。

【００５８】今、図１６および図１７に示すように、振
動エネルギ吸収部材１３の頂部に荷重Ｆが作用した時
に、プラグ頂部の変位δと荷重Ｆの関係は、次式（６）
になり、曲げ剛性ｋｂは、次式（７）になる。

【００５９】

【数６】

【００６０】一方、せん断変形に関しては、次式（８）
より、せん断剛性ｋｓの式（９）が得られる。

【００６１】

【数７】

【００６２】一般に、高さに比べて外径が細い場合に
は、せん断剛性ｋｓは曲げ剛性ｋｂに比べてかなり大き
な値となる。その結果、振動エネルギ吸収部材１３は曲
げ変形的な挙動を示し、端部（上下取付板１４、１５と
の接合部）に高い応力が発生する。その結果その端部が
集中的に塑性変形して破断するおそれがある。実際に
は、周囲の積層体４の拘束により、振動エネルギ吸収部
材１３はある程度せん断変形しやすくはなるが、安定し
た挙動を示すためには、せん断剛性ｋｓが曲げ剛性ｋｂ
に比べ同等以下になるように形状を選定することが望ま
しい。

【００６３】なお、せん断変形におけるプラグの降伏荷
重Ｆｓは、弾塑性材料の降伏応力をσｓとすると、次式
（１０）で表せる。

【００６４】

【数８】

【００６５】円筒形状の振動エネルギ吸収部材１３にお
いても、繰り返し力を与えた時には、材料特性や形状に
はよるが、ヒステリシスループは、図５に示すような矩
形に近い形になり、ループの最大荷重はほぼ式（１０）
のＦｓとなる。この円筒形状の振動エネルギ吸収部材１
３を積層ゴム支承１２に埋設することにより、コイル形
状の振動エネルギ吸収部材７と同様、図６に示すよう
に、柱状鉛入り免震装置とほぼ等しいヒステリシスカー
ブ特性を得ることができる。

【００６６】また、振動エネルギ吸収部材の降伏荷重の
調整については、降伏荷重は振動エネルギ吸収部材の断
面積に比例することを先述したが、本発明の振動エネル
ギ吸収部材は、中空円筒であり、外径を変えることな
く、円筒の厚さのみ変えて断面積を調整することが可能
である。このことから、積層体の径を変更することな
く、任意の降伏荷重の振動エネルギ吸収部材を提供する
ことができる。

【００６７】図１５に示されるような円筒形状の振動エ
ネルギ吸収部材１３では、座屈を防止するために、図１
９乃至図２１に示されるような座屈防止部材１４、１
５、１７を埋設させることができる。この座屈防止部材
１４、１５、１７は、振動エネルギ吸収部材１３の内側
への凹みを防止するものであり、中空部の内面に沿って
設けられる。

【００６８】図１９に示される座屈防止部材１４は、中
実円柱状であり、弾性材料からなることが、円筒部材１
３のせん断変形を妨げないという観点から好ましい。

【００６９】図２０に示される座屈防止部材１５は、円
板状の剛性部材１６を軸方向に積層したものであり、ス
ライドすることによってせん断方向の変位に対しては抵
抗がなく、振動エネルギ吸収部材１３の内側へ凹みに対
しては、これを完全に防ぎ切ることができる。

【００７０】図２１に示される座屈防止部材１７は、円
板状の剛性部材１８と円板状の粘弾性部材１９を交互に
軸方向に積層してなるものである。せん断変形時には剛
性部材はせん断方向にスライドさせられるために、剛性
板間の粘弾性部材がせん断変形する。この粘弾性部材が
せん断変形するときには、高いエネルギ吸収能力を有す
るために、弾塑性材料の弾性領域内であり、それ単体で
はエネルギ吸収能力が小さい微小変位時に対しても、高
いエネルギ吸収能力を持った振動エネルギ吸収部材を構
成できる。剛性部材１８としては、金属板、高分子材
料、繊維強化材料など、硬質で補強板として用いうるも
のを適宜選択することができる。粘弾性部材１９として
は、例えば、酢酸ビニル樹脂系、アスファルト樹脂系、
ブチルゴム系材料などを挙げることができる。

【００７１】座屈防止部材１４、１５、１７によって、
振動エネルギ吸収部材１３の円形断面に凹みを生じさせ
ないので、応力集中が生じず、破断するおそれはない。
したがって、安定したせん断変形挙動を示す。

【００７２】なお、図２に示されるように、積層体２０
としては、板状の弾性材料２２の複数枚と、内周を覆う
筒状の弾性材料２４と、外周を覆う筒状の弾性材料２３
とで剛性材料２１を弾性材料２２、２３、２４内に完全
に埋設させたものも可能である。

【００７３】

【発明の効果】以上のように本発明の積層ゴム支承で
は、弾性材料層と剛性材料層が軸心方向に交互に積層さ
れてなる積層体の軸心部に、中空形状の弾塑性材料を積
層体の内周面に密着させるように振動エネルギ吸収部材
を埋設してなるものであり、積層体が地震の入力加速度
を低減し、振動エネルギ吸収部材が、積層体の動きに追
従してせん断型の塑性変形を起こし、振動エネルギを吸
収するので、免震装置として利用し優れた効果を得るこ
とができる。弾塑性材料としては、環境に優しい金属等
を適宜選択することができる。また、中空形状であるの
で、外径を変えることなく厚みを変えるだけで簡単に降
伏荷重の調整を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層ゴム支承の一実施例の縦断面説明
図である。

【図２】図１のコイル形状の振動エネルギ吸収部材の無
負荷時とせん断変形時の状態説明図である。

【図３】図２のコイル形状の振動エネルギ吸収部材の無
負荷時とせん断変形時の軸方向に垂直な面内での挙動を
示すである。

【図４】図１のコイル形状の振動エネルギ吸収部材の計
算モデル図である。

【図５】図１のコイル形状の振動エネルギ吸収部材の計
算によるヒステリシスカーブである。

【図６】図１のコイル形状の振動エネルギ吸収部材が埋
設された積層ゴム支承の計算によるヒステリシスカーブ
である。

【図７】図１のコイル形状の振動エネルギ吸収部材の１
回の繰り返し実験によるヒステリシスカーブである。

【図８】図１のコイル形状の振動エネルギ吸収部材の２
０回の繰り返し実験によるヒステリシスカーブである。

【図９】図１のコイル形状の振動エネルギ吸収部材の繰
り返し回数と応力の相関図である。

【図１０】本発明の積層ゴム支承の他の実施例の縦断面
説明図である。

【図１１】図１０の積層ゴム支承に埋設されている振動
エネルギ吸収部材の側面図である。

【図１２】本発明の積層ゴム支承のさらに他の実施例の
断面説明図である。

【図１３】図１２の積層ゴム支承に埋設されている振動
エネルギ吸収部材の斜視図である。

【図１４】図１２の積層ゴム支承に埋設されている振動
エネルギ吸収部材のせん断変形時の側断面図である。

【図１５】本発明の積層ゴム支承の、またさらに他の実
施例の断面説明図である。

【図１６】図１５の積層ゴム支承に埋設されている振動
エネルギ吸収部材の斜視図である。

【図１７】図１５の積層ゴム支承に埋設されている振動
エネルギ吸収部材の曲げ変形時の側断面説明図である。

【図１８】図１５の積層ゴム支承に埋設されている振動
エネルギ吸収部材のせん断変形時の側断面図である。

【図１９】座屈防止部材の一実施例の断面説明図であ
る。

【図２０】座屈防止部材の他の実施例の断面説明図であ
る。

【図２１】座屈防止部材のさらに他の実施例の断面説明
図である。

【図２２】本発明の積層ゴム支承の積層体の他の形態例
を示す図である。

【図２３】従来の柱状鉛入免震装置の断面説明図であ
る。

【図２４】従来の柱状鉛の変わりに、鉛以外の金属製の
円柱を埋設してなる免震装置の断面説明図である。

【図２５】鉛以外の金属製の円柱を埋設してなる免震装
置のせん断変形時の断面説明図である。

【図２６】鉛以外の金属製の円柱を埋設してなる免震装
置の座屈変形時の断面説明図である。

【符号の説明】

１、８、１０、１２、２０積層ゴム支承２弾性材料３剛性材料４積層体７、９、１１、１３振動エネルギ吸収部材１４、１５、１７座屈防止部材１６、１８剛性部材１９粘弾性部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三村裕一兵庫県神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号株式会社神戸製鋼所神戸本社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性材料層と剛性材料層が軸心方向に交
互に積層されてなる積層体の軸心部に軸心方向に沿って
貫通する振動エネルギ吸収部材を埋設してなる積層ゴム
支承であって、前記振動エネルギ吸収部材が、与えられ
た応力が弾性限度を超えると塑性変形を起こしその状態
を維持しうる弾塑性材料を中空形状にし、その外周を前
記積層体の内周面に密着させてなるものであることを特
徴とする積層ゴム支承。
【請求項２】前記振動エネルギ吸収部材の形状が、コ
イル形状である請求項１記載の積層ゴム支承。
【請求項３】前記コイル形状を形成する素線同志を密
接させてなる請求項２記載の積層ゴム支承。
【請求項４】前記振動エネルギ吸収部材の形状が、蛇
腹形状である請求項１記載の積層ゴム支承。
【請求項５】前記振動エネルギ吸収部材の形状が、円
筒形状である請求項１記載の積層ゴム支承。
【請求項６】さらに、前記振動エネルギ吸収部材の軸
心に対する曲げ剛性が軸心に対するせん断剛性よりも大
きくなるように形成されている請求項５記載の積層ゴム
支承。
【請求項７】前記円筒形状を呈する振動エネルギ吸収
部材の中空の内面に沿って、当該振動エネルギ吸収部材
の座屈を防止するための座屈防止部材が設けられてなる
請求項５または６記載の積層ゴム支承。
【請求項８】前記座屈防止部材が、円柱状弾性部材で
ある請求項７記載の積層ゴム支承。
【請求項９】前記座屈防止部材が、円板状の剛性部材
を軸方向に積層したものである請求項７記載の積層ゴム
支承。
【請求項１０】前記座屈防止部材が、円板状の剛性部
材と円板状の粘弾性部材を交互に軸方向に積層してなる
ものである請求項７記載の積層ゴム支承。
【請求項１１】前記振動エネルギ吸収部材を形成する
弾塑性材料が、鉛よりも比重が小さく降伏応力が大きい
性質を有する材料である請求項１乃至１０の何れかに記
載の積層ゴム支承。
【請求項１２】前記振動エネルギ吸収部材を形成する
弾塑性材料が、Ａｌ−Ｚｎ合金を主成分とするものであ
る請求項１１記載の積層ゴム支承。
【請求項１３】前記振動エネルギ吸収部材を形成する
弾塑性材料が、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｕを主成分とするもの、
もしくは、それらのうちの二以上を主成分とする合金で
ある請求項１１または１２記載の積層ゴム支承。