JP2008261490A - 滑り式積層板支承、構造物及び滑り式積層板支承の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦係数の調節が容易であり、変形性能を高めることが可能な滑り式積層板支承、構造物及び滑り式積層板支承の調整方法を提供すること。
【解決手段】硬質の剛性部材１０２と、軟質の弾性部材１０４とが、全面又は一部を非接着として交互に複数積層された積層部と、積層部の積層方向の少なくともいずれかの端面と接触した、表面が平滑化された第１の平滑部材１１０と、第１の平滑部材と接触し、第１の平滑部材と摺動可能に設けられた第２の平滑部材１２０とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、滑り式積層板支承、構造物及び滑り式積層板支承の調整方法に関する。

地震力に対する構造物の構造には、主に耐震構造、免震構造、制振構造があり、それぞれに様々な構造設計方法や適用するための装置が提案されている。そして、免震構造としては、積層ゴムアイソレータなどの柔性基部構造や、滑り式アイソレータなどの機械的絶縁法が提案されてきた。

積層ゴムアイソレータは、ゴムと鋼板を交互に積層させたものである。ゴムが鋼板に挟まれているため、積層ゴムアイソレータに鉛直荷重がかかっても、ゴムは鋼板によって横に広がろうとする変形が拘束され、大きな変形が生じない。そして、ゴムは、水平方向の力に対してせん断剛性が柔らかいという特性や、大きな変形能力を有するため、構造物の周期特性を長期化させる。

一方、滑り式アイソレータは、上部構造体と下部構造体との間を滑らせることによって、地震力入力時の水平力を低減させる装置である。滑り式アイソレータは、積層ゴムを直列に配列し、積層ゴムの端面にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）材を接着した弾性滑り支承部を有する。

特許文献１、２には、積層ゴムアイソレータに関する技術が開示され、特許文献３、４には、積層ゴムアイソレータと滑り式アイソレータを組み合わせた滑り式積層ゴムアイソレータに関する技術が開示されている。

特開平２−１５３１３７号公報 特開平６−１５８９１０号公報 特開平９−１９５５７１号公報 特許第３５６３６６９号明細書

特許文献１、２に開示されている積層ゴムアイソレータは、ゴムと鋼板とが非接着状態で積層されている。そして、積層ゴムアイソレータの下部及び上部は、それぞれ構造物の下部構造体、上部構造体に固定されている。この積層ゴムアイソレータは、比較的容易に製造することができるが、積層ゴムアイソレータが設置された構造物に、例えば地震力により、ゴムの摩擦力を下回る程度であるが、比較的大きな力が発生すると、積層ゴムアイソレータに発生する比較的大きな水平変形によりゴムと鋼板の局所的なずれが生じ、このため積層ゴム高さが低下してしまい、上部構造体が傾いてしまうという問題があった。また、例えば地震力により、ゴムの摩擦力を上回る力が発生すると、ゴムと鋼板との間に大きなずれが生じ、かつ、その変形が残留するため、積層ゴムアイソレータが高さ及び形状を保持できなくなり、上部構造体が傾いてしまうという問題点があった。その結果、構造物を復旧するのに大きな手間がかかるという問題があった。

また、特許文献３、４に開示されている滑り式積層ゴムアイソレータに用いられる積層ゴムアイソレータには、加硫接着式積層ゴムアイソレータが使用されている。加硫接着式積層ゴムアイソレータを製造するためには、加硫処理前のゴムと鋼板を積層した後、一体成形するため熱処理を行ったり、成形用の金型が必要となったりと、工程が複雑であるという問題があった。そして、その結果、加硫接着式積層ゴムアイソレータは、製造コストが高くなるという問題があった。また、一体成形のため重量が重くなり、現場での部材設置や交換に大型重機などが必要となる問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、摩擦係数の調節が容易であり、変形性能を高めることができ、摩擦による減衰を付加することも可能な、新規かつ改良された滑り式積層板支承、構造物及び滑り式積層板支承の調整方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、硬質の剛性部材と、軟質の弾性部材とが、全面又は一部を非接着として交互に複数積層された積層部と、積層部の積層方向の少なくともいずれかの端面と接触した、表面が平滑化された第１の平滑部材と、第１の平滑部材と接触し、第１の平滑部材と摺動可能に設けられた第２の平滑部材とを備えることを特徴とする滑り式積層板支承が提供される。

かかる構成により、水平方向の外力が入力されると、剛性部材と弾性部材との間で摩擦力が生じる。剛性部材は、弾性部材との摩擦力によって、鉛直方向の力に対して弾性部材が横方向に広がるのを拘束する。弾性部材は、水平方向の外力に対して弾性変形することができる。また、外力が入力された際、第１の平滑部材と第２の平滑部材とが摺動する。

上記積層部のいずれか一方の端面に配置された剛性部材と、第１の平滑部材とが接するとき、第１の平滑部材と第２の平滑部材との間の第１の摩擦係数、剛性部材と弾性部材との間の第２の摩擦係数、及び剛性部材と第１の平滑部材との間の第３の摩擦係数を調節して、所定の外力が入力されたとき、第１の平滑部材と第２の平滑部材とが摺動するように調節されてもよい。かかる構成により、構成部材相互の摩擦係数を変更することができるため、第１の平滑部材と第２の平滑部材間の摺動と関連のある摩擦係数の値をより自由に決定することができる。その結果、所定以上の外力に達したときに、滑り機構が摺動し始めるように、より精度の高い滑り式積層板支承を提供することができる。

上記第１の摩擦係数、第２の摩擦係数、及び第３の摩擦係数のうち、第１の摩擦係数が第２の摩擦係数及び第３の摩擦係数のいずれよりも小さな値であってもよい。かかる構成により、第１の平滑部材と第２の平滑部材とが、他の構成部材間の層よりも早く摺動を開始する。

上記積層部のいずれか一方の端面に配置された弾性部材と、第１の平滑部材とが接するとき、第１の平滑部材と第２の平滑部材との間の第１の摩擦係数、剛性部材と弾性部材との間の第２の摩擦係数、及び弾性部材と第１の平滑部材との間の第４の摩擦係数を調節して、所定の外力が入力されたとき、第１の平滑部材と第２の平滑部材とが摺動するように調節されてもよい。かかる構成により、構成部材相互の摩擦係数を変更することができるため、第１の平滑部材と第２の平滑部材間の摺動と関連のある摩擦係数の値をより自由に決定することができる。その結果、所定以上の外力に達したときに、滑り機構が摺動し始めるように、より精度の高い滑り式積層板支承を提供することができる。

上記第１の摩擦係数、第２の摩擦係数、及び第４の摩擦係数のうち、第１の摩擦係数が第２の摩擦係数及び第４の摩擦係数のいずれよりも小さな値であってもよい。かかる構成により、第１の平滑部材と第２の平滑部材とが、他の構成部材間の層よりも早く摺動を開始する。

上記剛性部材は、鋼板、例えば構造用鋼などの普通鋼板や、ステンレス鋼などの特殊鋼板であってもよい。上記弾性部材は、ゴム、例えば天然ゴムや、ブタジエンゴム、ウレタンゴム、シリコンゴムなどの合成ゴムであってもよい。

上記第１の平滑部材は、四フッ化エチレン樹脂、超高分子量ポリエステル樹脂、又はポリアミド系樹脂を含有する材料によって形成されてもよい。上記第２の平滑部材は、ステンレス鋼、普通鋼、アルミニウム若しくはクラッド鋼などの金属製、又はプラスチック製であってもよい。

上記第２の平滑部材の表面に、第１の平滑部材と第２の平滑部材との間の摩擦を低下させる表面処理、例えばフッ素樹脂コートやグリースなどの潤滑剤が塗布されていてもよい。また、上記積層部の軸方向中心にプラグ部、例えば鉛や錫などの金属プラグが挿入されてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、構造物の上部構造体と、上部構造体を支持する下部構造体との間に配置される滑り式積層板支承であって、硬質の剛性部材と、軟質の弾性部材とが、全面又は一部を非接着として交互に複数積層された積層部と、積層部の上部構造体側及び下部構造体側の少なくともいずれかの端面と接触した、表面が平滑化された第１の平滑部材と、上部構造体及び下部構造体の少なくともいずれか一方と密着し、第１の平滑部材と接触して第１の平滑部材と摺動可能に設けられた第２の平滑部材とを備えることを特徴とする滑り式積層板支承が提供される。

上記第２の平滑部材と、上部構造体又は下部構造体との間に、鋼製部材を更に備えてもよい。かかる構成により、滑り式積層板支承は、鋼製部材によって支持される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上部構造体と、上部構造体を支持する下部構造体と、上部構造体と、下部構造体との間に配置される滑り式積層板支承とを備え、滑り式積層板支承は、硬質の剛性部材と、軟質の弾性部材とが、全面又は一部を非接着として交互に複数積層された積層部と、積層部の上部構造体側及び下部構造体側の少なくともいずれかの端面と接触した、表面が平滑化された第１の平滑部材と、上部構造体及び下部構造体の少なくともいずれか一方と密着し、第１の平滑部材と接触して第１の平滑部材と摺動可能に設けられた第２の平滑部材とを有することを特徴とする構造物が提供される

かかる構成により、積層部の剛性部材、弾性部材や、第１の平滑部材、第２の平滑部材を小型かつ軽量の部品に分割して現場に搬入することが可能となる。そのため、現場での設置や、各部材の取替えなどの施工性を向上させることができる。また、構造物に滑り式積層板支承が設けられているので、構造物に水平方向の外力が入力されると、剛性部材と弾性部材との間で摩擦力が生じて、弾性部材が水平方向の外力に対して弾性変形し、外力を吸収することかできる。また、外力が入力された際、第１の平滑部材と第２の平滑部材とが摺動する。滑り式積層板支承の剛性部材は、弾性部材との摩擦力によって、鉛直方向の力に対して弾性部材が横方向に広がるのを拘束する。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、硬質の剛性部材と軟質の弾性部材とが全面又は一部を非接着として交互に複数積層された積層部と、積層部の積層方向の少なくともいずれかの端面に配置された剛性部材と接触し、表面が平滑化された第１の平滑部材と、第１の平滑部材と接触し、第１の平滑部材と摺動可能に設けられた第２の平滑部材と、を備える滑り式積層板支承の調整方法であって、第１の平滑部材と第２の平滑部材との間の第１の摩擦係数、剛性部材と弾性部材との間の第２の摩擦係数、及び剛性部材と第１の平滑部材との間の第３の摩擦係数を、滑り式積層板支承に所定の外力が入力されたときに、第１の平滑部材と第２の平滑部材とが摺動するように調節することを特徴とする滑り式積層板支承の調整方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、硬質の剛性部材と軟質の弾性部材とが全面又は一部を非接着として交互に複数積層された積層部と、積層部の積層方向の少なくともいずれかの端面に配置された弾性部材と接触し、表面が平滑化された第１の平滑部材と、第１の平滑部材と接触し、第１の平滑部材と摺動可能に設けられた第２の平滑部材と、を備える滑り式積層板支承の調整方法であって、第１の平滑部材と第２の平滑部材との間の第１の摩擦係数、剛性部材と弾性部材との間の第２の摩擦係数、及び弾性部材と第１の平滑部材との間の第４の摩擦係数を、滑り式積層板支承に所定の外力が入力されたときに、第１の平滑部材と第２の平滑部材とが摺動するように調節することを特徴とする滑り式積層板支承の調整方法が提供される。

本発明によれば、摩擦係数の調節が容易であり、変形性能を高めることができ、摩擦による減衰を付加することもできる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態の構成）
まず、本発明の第１の実施形態に係る積層ゴムアイソレータ（即ち、滑り式積層板支承）の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータを示す側面図である。図２、３は、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータの変更例を示す側面図である。図１では、ＰＴＦＥ板層１１０が下部側に設けられた実施形態を示す。一方、図２では、ＰＴＦＥ板層１１０が上部側に、図３では、ＰＴＦＥ板層１１０が上部及び下部側に設けられた変更例を示す。ここで、積層ゴムアイソレータ１００は、滑り式積層板支承の一例である。

積層ゴムアイソレータ１００は、鋼板層１０２と、ゴム板層１０４と、ＰＴＦＥ板層１１０と、ステンレス板層１２０と、フランジ部１３０ａ、１３０ｂとを備える。ここで、鋼板層１０２は、剛性部材の一例であり、ゴム板層１０４は弾性部材の一例であり、ＰＴＦＥ板層１１０は、第１の平滑部材の一例であり、ステンレス板層１２０は、第２の平滑部材の一例であり、フランジ部１３０ａ、１３０ｂは、鋼製部材の一例である。

積層ゴムアイソレータ１００は、免震構造を構造物に適用するため使用される装置であり、構造物に入力される外部からの力、例えば地震力を抑制することができる。積層ゴムアイソレータ１００は、構造物の下部構造体１５０上に設置され、上部構造体１６０を支持する。即ち、積層ゴムアイソレータ１００は、下部構造体１５０と上部構造体１６０との間に設置される。ここで、構造物とは、ビルや住宅などの建築構造物、橋などの土木構造物、プラントなどの産業構造物などをいう。下部構造体１５０は、構造物の基礎、橋脚などであり、上部構造体１６０は、床、柱、壁などからなる躯体部分、橋の主桁、主構などである。

なお、図１〜図３に示す下部ベースプレート１４０ａ、上部ベースプレート１４０ｂは、例えば鋼板製の部材であり、それぞれ下部構造体１５０、上部構造体１６０に一体となるようにアンカーボルトなどを用いて設置される。積層ゴムアイソレータ１００のフランジ部１３０ａ、１３０ｂは、下部ベースプレート１４０ａ、上部ベースプレート１４０ｂと例えば固定ネジで結合される。その結果、積層ゴムアイソレータ１００は、下部構造体１５０又は上部構造体１６０と結合される。なお、下部ベースプレート１４０ａ、上部ベースプレート１４０ｂと、フランジ部１３０ａ、１３０ｂとを別々の部品とせず、上部、下部それぞれにおいてベースプレートとフランジ部を一体化した部品としてもよい。この場合、積層ゴムアイソレータ１００は、上下に設置される上述の一体化部品を介して、下部構造体１５０又は上部構造体１６０と、アンカーボルトなどを用いて結合される。

次に、積層ゴムアイソレータ１００の各構成部材を詳細に説明する。

鋼板層１０２は、例えば、鋼板製の円板状部材である。鋼板は、例えば、構造用鋼などの普通鋼板や、ステンレス鋼などの特殊鋼板などが含まれる。鋼板層１０２は、複数の層からなり、ゴム板層１０４に挟まれて設置される。鋼板層１０２の層数は、図１〜図３では３層であるが、設計条件によって変更される。鋼板層１０２が設けられることにより、積層ゴムアイソレータ１００に鉛直荷重がかかっても、ゴム板層１０４は、横に広がろうとする変形が鋼板層１０２によって拘束され、大きな変形が生じない。

ゴム板層１０４は、例えば、加硫ゴムからなる円板状部材である。なお、ゴムは、例えば天然ゴムや、ブタジエンゴム、ウレタンゴム、シリコンゴムなどの合成ゴムであってもよい。ゴム板層１０４は、複数の層からなり、鋼板層１０２に挟まれて設置される。ゴム板層１０４の層数は、図１では２層、図２、図３では３層であるが、設計条件によって変更される。ゴム板層１０４は、水平方向の力に対してせん断剛性が柔らかい。

鋼板層１０２とゴム板層１０４とは、互いに接触するように積層されるが、両者の相対する面を全面的に接着剤などで接着することはない。例えば、積層ゴムアイソレータ１００は、鋼板層１０２とゴム板層１０４とからなる積層部が、完全に非接着の状態で単純に積層されて構成される。または、鋼板層１０２とゴム板層１０４とからなる積層部が、少ない力で分離できるほどの範囲で一部接着された状態で積層される。かかる構成により、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータ１００は、単純に積み重ねるだけで製造できるので、加硫接着式積層ゴムアイソレータに比べて、迅速かつ容易な工程で製造することができる。

また、鋼板層１０２は、ゴム板層１０４よりも広い面積を有するとしてもよい。鋼板層１０２がゴム板層１０４から突出していることで、鋼板層１０２が外部からの力によって破壊された場合、ゴム板層１０４よりも更に突出してくるため、積層ゴムアイソレータ１００が健全か否かを容易に確認することができる。

ＰＴＦＥ板層１１０は、例えば、四フッ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン：ＰＴＦＥ）からなる板状部材である。なお、ＰＴＦＥ板層１１０の代わりに、摩擦係数の小さい材料を使用してもよく、例えば、超高分子量ポリエステル樹脂又はポリアミド系樹脂などの合成樹脂製の板状部材を適用することができる。ＰＴＦＥ板層１１０は、図１〜図３に示すように、必ずステンレス板層１２０と接触して配置される。さらに、ＰＴＦＥ板層１１０は、例えば、図１に示すように、積層ゴムアイソレータ１００の下部側で、鋼板層１０２と接触して配置される。なお、ＰＴＦＥ板層１１０の配置は、かかる例に限定されず、例えば、図２に示すように、積層ゴムアイソレータ１００の上部側で、鋼板層１０２と接触して配置されてもよい。また、ＰＴＦＥ板層１１０は、図３に示すように、ゴム板層１０４と接触して配置されてもよい。

ステンレス板層１２０は、例えば、ステンレス鋼製の板状部材である。なお、ステンレス鋼の代わりに、板状で適度な強度を有するその他の材料を使用してもよい。ここでいうその他の材料には、例えば、普通鋼、アルミニウム、若しくはクラッド鋼などの金属、又はプラスチックなどが含まれる。ステンレス板層１２０は、図１〜図３に示すように、ＰＴＦＥ板層１１０と接触して配置される。また、ステンレス板層１２０は、図１〜図３に示すように、フランジ部１３０ａ、１３０ｂに固定される。なお、ステンレス板層１２０の表面は、ＰＴＦＥ板層１１０との摩擦力を低減させるために、ステンレス板層１２０に表面処理を施してもよい。ここでいう表面処理には、例えばフッ素樹脂含有塗料などの低摩擦材料の塗布、貼付、焼付け、グリースの塗布などが含まれる。更に、低摩擦材料としてのフッ素樹脂含有塗料には、ＰＴＦＥなどが含まれる。

フランジ部１３０ａ、１３０ｂは、例えば鋼製の板状部材である。フランジ部１３０ｂは、例えば、図１に示すように、積層ゴムアイソレータ１００の上部側において、鋼板層１０２と接続される。フランジ部１３０ｂと鋼板層１０２とは、例えば、溶接やボルト接合によって接合される。なお、積層ゴムアイソレータ１００の上部及び下部におけるフランジ部１３０ａ、１３０ｂと鋼板層１０２、ゴム板層１０４とが接触する関係は、図１に示す例に限定されない。例えば、ゴム板層１０４は、図２に示すように、積層ゴムアイソレータ１００の下部側でフランジ部１３０ａと接して設置されてもよい。また、フランジ部１３０ａ、１３０ｂには、積層ゴムアイソレータ１００の上部側及び下部側の少なくともいずれか一方で、ステンレス板層１２０が設置される。

なお、積層された鋼板層１０２とゴム板層１０４の中心には、図４に示すように、円筒状の貫通孔２０１が設けられ、その貫通孔２０１に鉛や錫製などの金属製のプラグ部２１０が挿入されてもよい。図４は、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータの変更例を示す断面図である。このプラグ部２１０は、エネルギーを吸収するダンパーの機能を有する。また、本実施形態では、ＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０との間で滑りが発生するため、鋼板層１０２、ゴム板層１０４の変形は、滑り機構のない積層ゴムアイソレータに比べて小さい。従って、本実施形態では、プラグ部２１０が大きく変形する必要はない。

次に、ＰＴＦＥ板層１１０、ステンレス板層１２０、鋼板層１０２、ゴム板層１０４それぞれの層間の摩擦係数の設定について説明する。図１及び図２に示すＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０との間の摩擦係数をμ１（第１の摩擦係数）、鋼板層１０２とゴム板層１０４との間の摩擦係数をμ２（第２の摩擦係数）、ＰＴＦＥ板層１１０と鋼板層１０２との間の摩擦係数をμ３（第３の摩擦係数）、とする。更に、図３に示すＰＴＦＥ板層１１０とゴム板層１０４との間の摩擦係数をμ４（第４の摩擦係数）とする。

本実施形態では、摩擦係数μ１は、摩擦係数μ２、μ３、μ４よりも小さくなるように設定される。ＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０間での摩擦係数μ１が他の層間の摩擦係数よりも小さく設定されることで、積層ゴムアイソレータ１００に所定以上の水平方向の力、例えば地震力が入力されたとき、ＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０間で摺動が生じる。この摺動が生じると、他の層間にはもはや摺動を生じさせるほどの外部の力が入力されることはなくなるため、ＰＴＦＥ板層１１０と鋼板層１０２間や、鋼板層１０２とゴム板層１０４間などで摺動が生じることはない。その結果、ＰＴＦＥ板層１１０、鋼板層１０２、ゴム板層１０４は、互いに接着されていないが、上記のように摩擦係数を設定、管理しておくことで、ある力以上の地震力が入力されても、ＰＴＦＥ板層１１０、鋼板層１０２、ゴム板層１０４を一体的に保つことができる。

また、本実施形態によれば、ＰＴＦＥ板層１１０、ステンレス板層１２０、鋼板層１０２、ゴム板層１０４は、相互に接着、又は非接着で積層されることで、摩擦係数μ２、μ３、μ４を任意に設定することができる。従って、所定以上の外力に達したときに、ＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０間が摺動を開始できるように、積層ゴムアイソレータ１００について、より精度の高い設計や製造をすることができる。

（第１の実施形態の動作）
次に、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータ１００に地震力などの外力が入力されたときの積層ゴムアイソレータの動作について説明する。図５、図６は、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータの動作を示す側面図である。図５、図６に示す積層ゴムアイソレータ１００は、図１に示す積層ゴムアイソレータ１００と同一の構成を有する。

中小の地震が発生したときは、ゴム板層１０４が弾性変形して、図５に示すように積層ゴムアイソレータ１００が傾斜することで、構造物が振動する。ゴム板層１０４の弾性変形によって、周期特性が長期化し、地震力を低減させることができる。図５は、積層ゴムアイソレータ１００の上部側が元の位置から長さＬ１だけ移動している状態を示している。このとき、摩擦係数μ１によるＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０の間の摩擦力のほうが地震力より大きく、ＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０との間では摺動（滑り）が生じていない。

一方、大地震が発生したときは、地震力が、摩擦係数μ１によるＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０の間の摩擦力よりも大きく、ＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０との間で摺動が発生する。しかし、摩擦係数μ２、μ３、μ４のほうが大きいため、鋼板層１０２、ゴム板層１０４では、摺動が発生せず、上部構造体１６０と共にＰＴＦＥ板層１１０より上に積層されている鋼板層１０２、ゴム板層１０４が一体的に摺動する。図６は、積層ゴムアイソレータ１００のＰＴＦＥ板層１１０より上の各構成部材と、上部構造体１６０が、元の位置から長さＬ２だけ摺動した状態を示している。

このように、大地震時には、ＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０との間で摺動が発生することで、積層ゴムアイソレータ１００は、地震力を吸収し、更に摩擦によるエネルギー消費によって地震力を低減させることができる。また、本実施形態によれば、摩擦係数μ１が摩擦係数μ２、μ３、μ４よりも小さいため、ＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０との間で先に摺動が発生し、鋼板層１０２、ゴム板層１０４がずれることはない。その結果、本実施形態の積層ゴムアイソレータ１００は、地震発生後も同じ高さＨ（図１参照）を維持することができる。

以上の通り、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータ１００によれば、鋼板層１０２、ゴム板層１０４を非接着又は一部接着で積層するだけでよく、加硫接着式積層ゴムアイソレータに比べて、加硫反応のための熱処理や成形金型が不要であり、設備や製造工程を簡略化させることができる。そして、加硫反応は半日以上要するのに対して、本実施形態は、製造にかかる時間やコストを削減することができる。また、加硫接着式積層ゴムアイソレータは、鋼板層、ゴム板層が一体化しているため、外力入力時の許容変形は、ゴムの変形能力に制限されるが、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータ１００は、ＰＴＦＥ板層１１０、ステンレス板層１２０からなる滑り機構を有するので、許容変形量を大きく設定することができる。

そして、滑り機構を有することで許容変形量を大きく設定することができることから、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータ１００を免震構造に適用する場合、鋼板層１０２、ゴム板層１０４の層数を、加硫接着式積層ゴムアイソレータの場合に比べて減少させることができる。その結果、積層ゴムアイソレータ１００の高さＨ（図１参照）を低く抑えることができる。従って、積層ゴムアイソレータ１００の設置深さを、従来技術に比べて浅くすることができ、設置コストを低減させることができる。

具体的には、要求水平変形量が９００ｍｍのとき、ゴム板層の総厚は、従来の加硫接着式ゴムアイソレータの場合、限界せん断ひずみを４００％とすると２２５ｍｍであり、従来の単純積層ゴムアイソレータの場合、限界せん断ひずみを３００％とすると３００ｍｍである。一方、本実施形態によれば、限界水平変形量は、ゴムのせん断ひずみでは規定されない。そのため、ゴム板層１０４の総厚は、要求水平変形量によらず、従来技術に比べて更に薄くすることができる。

更に、従来の積層ゴムアイソレータを有さない滑り式アイソレータの場合、中小地震時のような微小変形域において水平方向の剛性が高いため、加速度応答が大きくなる場合がある。そして、滑り式アイソレータは、外力入力時に基礎の回転に追随しづらいため、基礎と滑り式アイソレータが接触する部分の面圧力がばらつき、基礎やすべり式アイソレータが破壊するおそれがある。一方、本実施形態によれば、滑り機構に加えて、鋼板層１０２、ゴム板層１０４を有するため、水平方向の剛性が小さい。また、ゴム板層１０４を有するため、基礎の回転に追随することができ、基礎や積層ゴムアイソレータ１００に不具合を生じさせることはない。

また、従来のころがり支承は、許容面圧が小さいため装置が大型化する傾向にあるが、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータ１００によれば、装置を小型化することができ、製造コストや設置コストを削減することができる。

そして、ＰＴＦＥ板層１１０、ステンレス板層１２０がなく、鋼板層、ゴム板層を単純に積層しただけの従来の単純積層ゴムアイソレータでは、本実施形態と同様に加硫接着工程が不要である。しかし、単純積層ゴムアイソレータでは、ゴムの摩擦力を下回る程度であるが、比較的大きな力が発生すると、積層ゴムアイソレータに発生する比較的大きな水平変形によりゴムと鋼板の局所的なずれが生じ、Ｐ−δ挙動が不安定になり、鉛直方向の沈み込みの進行が発生するという問題があった。更に、例えば１０ＭＰａ程度の面圧下で、ゴムのせん断ひずみが約３００％の大変形が生じるような場合、鋼板層、ゴム板層との間に大きなずれが生じ、一度ずれが発生すると、元の形状に戻すことができないため、構造物の復旧に多大なコストが発生していた。

一方、本実施形態の積層ゴムアイソレータ１００によれば、ＰＴＦＥ板層１１０、ステンレス板層１２０からなる滑り機構を有する。従って、大変形時には、鋼板層１０２とゴム板層１０４は、図１に示すような構成では上部構造体１６０と一体的に摺動し、または図２に示すような構成では下部構造体１５０と一体的に摺動する。そのため、本実施形態の積層ゴムアイソレータ１００は、従来の単純積層ゴムアイソレータと比べて変形能力が上昇する。また、ゴム板層１０４のせん断変形を一定値以下に抑えることが可能になり、鉛直方向の沈み込みが発生することはなく、積層ゴムアイソレータ１００は、安定したＰ−δ挙動を示し、安定した支持耐力を有する。

以上のとおり、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータ１００によれば、製造コストを低減しながら、摩擦係数の調節が容易であり、外力入力時の変形性能を向上させることができ、摩擦による減衰を付加することもできる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、図１に示す積層ゴムアイソレータ１００の下部側にＰＴＦＥ板層１１０、ステンレス板層１２０が設けられた場合の積層ゴムアイソレータ１００の動作や効果について説明したが、図２に示す積層ゴムアイソレータ１００の上部側に、図３に示す積層ゴムアイソレータ１００の上部側及び下部側にＰＴＦＥ板層１１０、ステンレス板層１２０が設けられた場合の動作や効果についても同様である。なお、図３に示す積層ゴムアイソレータ１００では、大地震などの大きな外力が入力されると、上下２つのＰＴＦＥ板層１１０に挟まれた鋼板層１０２とゴム板層１０４は、下部構造体１５０、上部構造体１６０の片方又は両方の動きとは無関係に挙動する。

（第２の実施形態の構成）
まず、本発明の第２の実施形態に係る積層ゴムアイソレータ（即ち、滑り式積層板支承）の構成について説明する。図７は、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータを示す側面図である。なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。

積層ゴムアイソレータ２００は、鋼板層１０２と、ゴム板層１０４と、ＰＴＦＥ板層１１０と、ステンレス板層１２０と、鋼板層２０２と、ゴム板層２０４と、フランジ部１３０ａ、１３０ｂとを備える。ここで、鋼板層２０２は、剛性部材の一例であり、ゴム板層２０４は弾性部材の一例である。

積層ゴムアイソレータ２００の積層部は、単純積層ゴム部２０６と、加硫接着式積層ゴム部２０８とから構成される。単純積層ゴム部２０６は、鋼板層１０２とゴム板層１０４とが、上記第１の実施形態と同様に、完全に非接着の状態で単純に積層されている。なお、単純積層ゴム部２０６は、鋼板層１０２とゴム板層１０４とが、少ない力で分離できるほどの範囲で一部接着された状態で積層されてもよい。鋼板層１０２の層数、及びゴム板層１０４の層数は、図７では、いずれ１層であるが、設計条件によって変更される。

加硫接着式積層ゴム部２０８は、鋼板層２０２とゴム板層２０４とが、加硫処理することによって交互に接着されている。

鋼板層２０２は、例えば、鋼板製の円板状部材である。鋼板層２０２は、複数の層からなり、ゴム板層２０４に挟まれて設置される。鋼板層２０２の層数は、図７では３層であるが、設計条件によって変更される。鋼板層２０２が設けられることにより、加硫接着式積層ゴム部２０８に鉛直荷重がかかっても、ゴム板層２０４は、横に広がろうとする変形が鋼板層２０２によって拘束され、大きな変形が生じない。

ゴム板層２０４は、例えば、加硫ゴムからなる円板状部材である。ゴム板層２０４は、複数の層からなり、鋼板層２０２に挟まれて設置される。ゴム板層２０４の層数は、図７では２層であるが、設計条件によって変更される。ゴム板層２０４は、水平方向の力に対してせん断剛性が柔らかい。

鋼板層２０２とゴム板層２０４とは、互いに接触するように積層されたうえで、加硫処理されることによって全面的に接着されている。

本実施形態では、加硫接着式積層ゴム部２０８を構成する最下部の鋼板層２０２と、単純積層ゴム部２０６を構成する最上部のゴム板層１０４との間の摩擦係数（第２の摩擦係数）を、鋼板層１０２とゴム板層１０４との間の摩擦係数と同じく、μ２とする。

（第２の実施形態の動作）
次に、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータ２００に地震力などの外力が入力されたときの積層ゴムアイソレータの動作について説明する。

中小の地震が発生したときは、ゴム板層１０４及びゴム板層２０４が弾性変形し、積層ゴムアイソレータ２００が傾斜することで、構造物が振動する。ゴム板層１０４の弾性変形によって、周期特性が長期化し、地震力を低減させることができる。このとき、摩擦係数μ１によるＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０の間の摩擦力のほうが地震力より大きく、ＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０との間では摺動（滑り）が生じていない。

一方、大地震が発生したときは、地震力が、摩擦係数μ１によるＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０の間の摩擦力よりも大きく、ＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０との間で摺動が発生する。しかし、摩擦係数μ２、μ３のほうが大きいため、鋼板層１０２とゴム板層１０４の間、及び鋼板層２０２とゴム板層１０４との間では、摺動が発生せず、上部構造体１６０と共にＰＴＦＥ板層１１０より上に積層されている単純積層ゴム部２０６及び加硫接着式積層ゴム部２０８が一体的に摺動する。

このように、大地震時には、ＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０との間で摺動が発生することで、積層ゴムアイソレータ２００は、地震力を吸収し、更に摩擦によるエネルギー消費によって地震力を低減させることができる。また、本実施形態によれば、摩擦係数μ１が摩擦係数μ２、μ３よりも小さいため、ＰＴＦＥ板層１１０とステンレス板層１２０との間で先に摺動が発生し、鋼板層１０２とゴム板層１０４との間、及び鋼板層２０２とゴム板層１０４との間では、摺動が発生することはない。その結果、本実施形態の積層ゴムアイソレータ２００は、地震発生後も同じ高さを維持することができる。

以上の通り、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータ２００によれば、単純積層ゴム部２０６を構成する鋼板層１０２、ゴム板層１０４を非接着又は一部接着で積層するだけでよく、従来型の加硫接着式積層ゴムアイソレータに比べて、加硫接着式積層ゴムの部分が少ないので、製造工程を簡略化させるとともに製造コストを削減することができる。また、従来型の加硫接着式積層ゴムアイソレータは、全ての鋼板層及びゴム板層が一体化しているため、外力入力時の許容変形は、ゴムの変形能力に制限されるが、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータ２００は、ＰＴＦＥ板層１１０、ステンレス板層１２０からなる滑り機構を有するので、許容変形量を大きく設定することができる。

そして、滑り機構を有することで許容変形量を大きく設定することができることから、本実施形態に係る積層ゴムアイソレータ２００を免震構造に適用する場合、鋼板層１０２及びゴム板層１０４からなる単純積層ゴム部２０６の層数に、鋼板層２０２及びゴム板層２０４からなる加硫接着式積層ゴム部２０８の層数を加えた積層部全体の層数を、従来型の加硫接着式積層ゴムアイソレータの場合に比べて減少させることができる。従って、積層ゴムアイソレータ２００の設置深さを、従来型の加硫接着式積層ゴムアイソレータに比べて浅くすることができ、設置コストを低減させることができる。

ところで、本実施形態では、ＰＴＦＥ板層１１０が下部側に設けられているが、上記第１の実施形態と同様に、ＰＴＦＥ板層１１０が上部側に設けられていてもよいし、ＰＴＦＥ板層１１０が上部及び下部側に設けられていてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る積層ゴムアイソレータを示す側面図である。 同実施形態に係る積層ゴムアイソレータの変更例を示す側面図である。 同実施形態に係る積層ゴムアイソレータの変更例を示す側面図である。 同実施形態に係る積層ゴムアイソレータの変更例を示す断面図である。 同実施形態に係る積層ゴムアイソレータの動作を示す側面図である。 同実施形態に係る積層ゴムアイソレータの動作を示す側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る積層ゴムアイソレータを示す側面図である。

符号の説明

１００、２００ 積層ゴムアイソレータ
１０２、２０２ 鋼板層
１０４、２０４ ゴム板層
１１０ ＰＴＦＥ板層
１２０ ステンレス板層
１３０ａ、１３０ｂ フランジ部
１４０ａ 下部ベースプレート
１４０ｂ 上部ベースプレート
１５０ 下部構造体
１６０ 上部構造体
２０１ 貫通孔
２０６ 単純積層ゴム部
２０８ 加硫接着式積層ゴム部
２１０ プラグ部

Claims (16)

1. 硬質の剛性部材と、軟質の弾性部材とが、全面又は一部を非接着として交互に複数積層された積層部と、
   前記積層部の積層方向の少なくともいずれかの端面と接触した、表面が平滑化された第１の平滑部材と、
   前記第１の平滑部材と接触し、前記第１の平滑部材と摺動可能に設けられた第２の平滑部材と、
   を備えることを特徴とする、滑り式積層板支承。
2. 前記積層部のいずれか一方の前記端面に配置された前記剛性部材と、前記第１の平滑部材とが接するとき、
   前記第１の平滑部材と前記第２の平滑部材との間の第１の摩擦係数、前記剛性部材と前記弾性部材との間の第２の摩擦係数、及び前記剛性部材と前記第１の平滑部材との間の第３の摩擦係数を調節して、所定の外力が入力されたとき、前記第１の平滑部材と前記第２の平滑部材とが摺動するように調節されたことを特徴とする、請求項１記載の滑り式積層板支承。
3. 前記第１の摩擦係数、第２の摩擦係数、及び前記第３の摩擦係数のうち、前記第１の摩擦係数が前記第２の摩擦係数及び前記第３の摩擦係数のいずれよりも小さな値であることを特徴とする、請求項２記載の滑り式積層板支承。
4. 前記積層部のいずれか一方の前記端面に配置された前記弾性部材と、前記第１の平滑部材とが接するとき、
   前記第１の平滑部材と前記第２の平滑部材との間の第１の摩擦係数、前記剛性部材と前記弾性部材との間の第２の摩擦係数、及び前記弾性部材と前記第１の平滑部材との間の第４の摩擦係数を調節して、所定の外力が入力されたとき、前記第１の平滑部材と前記第２の平滑部材とが摺動するように調節されたことを特徴とする、請求項１記載の滑り式積層板支承。
5. 前記第１の摩擦係数、第２の摩擦係数、及び前記第４の摩擦係数のうち、前記第１の摩擦係数が前記第２の摩擦係数及び前記第４の摩擦係数のいずれよりも小さな値であることを特徴とする、請求項４記載の滑り式積層板支承。
6. 前記剛性部材は、鋼板であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の滑り式積層板支承。
7. 前記弾性部材は、ゴムであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の滑り式積層板支承。
8. 前記第１の平滑部材は、四フッ化エチレン樹脂、超高分子量ポリエステル樹脂、又はポリアミド系樹脂を含有する材料によって形成されたことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の滑り式積層板支承。
9. 前記第２の平滑部材は、金属製又はプラスチック製であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の滑り式積層板支承。
10. 前記第２の平滑部材の表面に、前記第１の平滑部材と前記第２の平滑部材との間の摩擦を低下させる表面処理が施されたことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の滑り式積層板支承。
11. 前記積層部の軸方向中心にプラグ部が挿入されたことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の滑り式積層板支承。
12. 構造物の上部構造体と、前記上部構造体を支持する下部構造体との間に配置される滑り式積層板支承であって、
    硬質の剛性部材と、軟質の弾性部材とが、全面又は一部を非接着として交互に複数積層された積層部と、
    前記積層部の前記上部構造体側及び前記下部構造体側の少なくともいずれかの端面と接触した、表面が平滑化された第１の平滑部材と、
    前記上部構造体及び前記下部構造体の少なくともいずれか一方と密着し、前記第１の平滑部材と接触して前記第１の平滑部材と摺動可能に設けられた第２の平滑部材と、
    を備えることを特徴とする、滑り式積層板支承。
13. 前記第２の平滑部材と、前記上部構造体又は前記下部構造体との間に、鋼製部材を更に備えることを特徴とする、請求項１２記載の滑り式積層板支承。
14. 上部構造体と、
    前記上部構造体を支持する下部構造体と、
    前記上部構造体と、前記下部構造体との間に配置される滑り式積層板支承と、
    を備え、
    前記滑り式積層板支承は、
    硬質の剛性部材と、軟質の弾性部材とが、全面又は一部を非接着として交互に複数積層された積層部と、
    前記積層部の前記上部構造体側及び前記下部構造体側の少なくともいずれかの端面と接触した、表面が平滑化された第１の平滑部材と、
    前記上部構造体及び前記下部構造体の少なくともいずれか一方と密着し、前記第１の平滑部材と接触して前記第１の平滑部材と摺動可能に設けられた第２の平滑部材と、
    を有することを特徴とする、構造物。
15. 硬質の剛性部材と軟質の弾性部材とが全面又は一部を非接着として交互に複数積層された積層部と、前記積層部の積層方向の少なくともいずれかの端面に配置された前記剛性部材と接触し、表面が平滑化された第１の平滑部材と、前記第１の平滑部材と接触し、前記第１の平滑部材と摺動可能に設けられた第２の平滑部材と、を備える滑り式積層板支承の調整方法であって、
    前記第１の平滑部材と前記第２の平滑部材との間の第１の摩擦係数、前記剛性部材と前記弾性部材との間の第２の摩擦係数、及び前記剛性部材と前記第１の平滑部材との間の第３の摩擦係数を、前記滑り式積層板支承に所定の外力が入力されたときに、前記第１の平滑部材と前記第２の平滑部材とが摺動するように調節することを特徴とする、滑り式積層板支承の調整方法。
16. 硬質の剛性部材と軟質の弾性部材とが全面又は一部を非接着として交互に複数積層された積層部と、前記積層部の積層方向の少なくともいずれかの端面に配置された前記弾性部材と接触し、表面が平滑化された第１の平滑部材と、前記第１の平滑部材と接触し、前記第１の平滑部材と摺動可能に設けられた第２の平滑部材と、を備える滑り式積層板支承の調整方法であって、
    前記第１の平滑部材と前記第２の平滑部材との間の第１の摩擦係数、前記剛性部材と前記弾性部材との間の第２の摩擦係数、及び前記弾性部材と前記第１の平滑部材との間の第４の摩擦係数を、前記滑り式積層板支承に所定の外力が入力されたときに、前記第１の平滑部材と前記第２の平滑部材とが摺動するように調節することを特徴とする、滑り式積層板支承の調整方法。
    
    

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