免震構造体
【課題】温度変化に伴う免震性能の変動を抑制する免震構造体を提供する。
【解決手段】気温の上昇に伴って、積層ゴム１２を構成するゴム板１８の水平剛性が低くなる。一方で、積層ゴム１２の両端に設けられたフランジ１４に形成された収納部２３には円柱２６が収納されており、水を密閉している。温度の上昇に伴って、水が膨張して円柱２６を押し上げ、中空部２２を上方に移動させることで、ゴム板１８及び剛板２０の水平移動を拘束して、積層ゴム１２がせん断変形する領域を変化させる。このようにして、温度変化に対する免震構造体１０の免震性能を一定に保つ。
【解決手段】気温の上昇に伴って、積層ゴム１２を構成するゴム板１８の水平剛性が低くなる。一方で、積層ゴム１２の両端に設けられたフランジ１４に形成された収納部２３には円柱２６が収納されており、水を密閉している。温度の上昇に伴って、水が膨張して円柱２６を押し上げ、中空部２２を上方に移動させることで、ゴム板１８及び剛板２０の水平移動を拘束して、積層ゴム１２がせん断変形する領域を変化させる。このようにして、温度変化に対する免震構造体１０の免震性能を一定に保つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビル等の構造物の支承部として、ゴム板と剛板を交互に積層した積層ゴムによる免震構造体が用いられている。しかしながら、積層ゴムを構成する高減衰ゴムは、温度が高くなると軟らかくなり、温度が低くなると硬くなる温度依存性を有しているので、気温によって積層ゴムの水平剛性が変化し、免震性能が安定しないといった問題がある。
【０００３】
上記問題を解決するため、天然ゴムを主成分とし、カーボンブラックと、軟化点が１３５℃以上の粘着付与剤とが配合された高減衰ゴムを用いた免震構造体が知られている（特許文献１）。しかしながら、カーボンブラックや粘着付与剤を配合させる割合にばらつきがあると、高減衰ゴムの温度依存性が変動する虞がある。また、高減衰ゴムの配合成分を変更する方法には限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０６５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、温度変化に伴う免震性能の変動を抑制する免震構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の免震構造体は、ゴム板と剛板とが交互に積層された積層ゴムと、前記積層ゴムの積層方向の両端に設けられたフランジと、前記フランジの少なくとも一方に形成された凹状の収納部と、前記収納部に一部が収納された状態で前記積層ゴムの積層方向に移動して、前記積層ゴムがせん断変形する領域を変化させる拘束部材と、前記収納部と連通する膨張収縮材貯留部と、前記膨張収縮材貯留部に貯留され、温度変化に伴って体積を増減させ、前記拘束部材を前記積層方向へ移動させる膨張収縮材と、を有する。
【０００７】
請求項１に記載の免震構造体では、温度の上昇に伴って膨張収縮材の体積が増加するため、膨張収縮材貯留部と連通する収納部へ収納された拘束部材が膨張収縮材に直接又は空気層を介して押され、積層方向に移動し、ゴム板及び剛板が水平方向に移動するのを拘束する。すなわち、積層ゴムがせん断変形する領域を減少させる。従って、温度の上昇に伴ってゴム板が柔らかくなり水平剛性が低くなっても、せん断変形する領域が減少しているため、水平剛性の変化が相殺され、免震性能を一定に保つことができる。
【０００８】
また逆に、温度が低下したとき、温度の低下に伴って膨張収縮材の体積が減少するため、膨張収縮材貯留部と連通する収納部へ収納された拘束部材が自重により積層方向に移動し、積層ゴムを構成するゴム板及び剛板の拘束状態を解除する。すなわち、積層ゴムがせん断変形する領域を増加させる。従って、温度の低下に伴ってゴム板が硬くなり水平剛性が高くなっても、せん断変形する領域が増加しているため、水平剛性の変化が相殺され、免震性能を一定に保つことができる。
【０００９】
請求項２に記載の免震構造体は、前記積層ゴムの内部には、前記フランジの中央に設けられた前記収納部へ連通する中空部が形成され、前記拘束部材は、前記収納部と前記中空部に跨って上下に移動可能に設けられた柱体である。
【００１０】
請求項２に記載の免震構造体では、柱体は、免震構造体の内部に設けられているので、コンパクトに設計できる。
【００１１】
請求項３に記載の免震構造体は、前記収納部は前記フランジの外周部に形成され、前記拘束部材は、前記積層ゴムの外周面に沿って移動する筒状体である。
【００１２】
請求項３に記載の免震構造体では、筒状体の位置を目視で確認することができるので、管理やメンテナンス等を容易に行うことができる。
【００１３】
請求項４に記載の免震構造体は、前記膨張収縮材貯留部は、前記フランジの内部に設けられている。
【００１４】
請求項４に記載の免震構造体では、膨張収縮材貯留部を別に設ける必要がないので、免震構造体をコンパクトにすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、上記の構成としたので、免震構造体の温度変化に伴う免震性能の変動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る免震構造体の一部破断斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る免震構造体が常温時にせん断変形している状態を示す断面図である。
【図３】第１実施形態に係る膨張収縮材が高温時に膨張した状態を示す要部拡大断面図である。
【図４】第１実施形態に係る免震構造体が高温時にせん断変形している状態を示す断面図である。
【図５】第１実施形態に係る膨張収縮材貯留部がフランジの外部に設けられた変形例を示す断面図である。
【図６】第２実施形態に係る免震構造体の断面図である。
【図７】第３実施形態に係る免震構造体の一部破断斜視図である。
【図８】第３実施形態に係る免震構造体の断面図である。
【図９】第３実施形態に係る免震構造体が常温時にせん断変形している状態を示す断面図である。
【図１０】第３実施形態に係る免震構造体が高温時にせん断変形している状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図を参照しながら第１実施形態に係る免震構造体について説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る免震構造体１０は、円柱状の積層ゴム１２と、積層ゴム１２の上端及び下端に設けられた上フランジ１４及び下フランジ１６とによって構成されている。
【００１９】
積層ゴム１２は、高減衰ゴム製のゴム板１８と剛板２０とが上下方向に交互に積層され、加硫接着されて一体となっている。また、積層ゴム１２が劣化するのを抑制するため、積層ゴム１２の外周面は被覆ゴムで被覆してもよい。
【００２０】
また、ゴム板１８の厚み、剛板２０の厚みは、１枚あたり３〜１０ｍｍであり、ゴム板１８の総厚及び層数は、免震構造体が支持する構造物の大きさ、及び必要な免震性能に合わせて適宜設定する。
【００２１】
積層ゴム１２の上端に設けられた上フランジ１４は、円板状の部材で、積層ゴム１２の上面に加硫接着されている。また、フランジ１４の外周部には、複数のボルト孔１５が形成されている。このボルト孔１５にボルト１７を挿通して、上部構造体３０へ固定される（図２参照）。
【００２２】
また、積層ゴム１２の下端に設けられた下フランジ１６は、２段構造となっており、積層ゴム１２の下面に加硫接着された小径で肉厚の小径部１６Ａと、小径部１６Ａの下部に設けられ、上フランジ１４と同径の大径部１６Ｂとによって構成されている。大径部１６Ｂの外周部には上フランジ１４と同様に複数のボルト孔１５が形成されており、ボルト１７を挿通して下部構造体３２へ固定される（図２参照）。
【００２３】
なお、上フランジ１４及び下フランジ１６の外形は積層ゴム１２の直径より大きければ、円形でなくても、矩形や多角形に形成されていてもよい。また、上フランジ１４又は下フランジ１６と積層ゴム１２との接着方法については、接着剤で接着してもよい。
【００２４】
積層ゴム１２の内部には、積層ゴム１２を軸方向に貫通した中空部２２が形成されている。中空部２２は、縦長の円柱体をくり抜いた形状をしており、積層ゴム１２の中央部に位置している。なお、中空部２２の周壁を防水シートで被覆し、剛板２０が後述する水の影響を受け難いようにしてもよい。
【００２５】
中空部２２の下方には、小径部１６Ａの上面から下面に向かって凹状の収納部２３が形成されている。収納部２３は、中空部２２と同じ径で、中空部２２から連通して形成されており、小径部１６Ａの下部まで延びている。また、収納部２３の下端は、膨張収縮材貯留部２４に連通している。
【００２６】
膨張収縮材貯留部２４は、中空部２２及び収納部２３より大径で、円板をくり抜いた形状をしている。なお、膨張収縮材貯留部２４の形状は、後述する膨張収縮材Ｘが貯留される形状であれば、他の形状でもよい。例えば、直方体であってもよい。
【００２７】
膨張収縮材貯留部２４から収納部２３にかけて、膨張収縮材が貯留されている。膨張収縮材は、温度の上昇に伴って膨張収縮材の体積が増加し、温度の低下に伴って体積が減少する。本実施形態では膨張収縮材の一例として水Ｘを用いているが、温度変化に伴って体積が変化すれば、他の材質でもよい。例えば、水銀やエタノールなどの液体でもよい。また、液体の他に半固体状のゲルなどを用いてもよい。
【００２８】
また、中空部２２と収納部２３に跨って、拘束部材としてスチール製の円柱２６が積層ゴム１２の積層方向に摺動自在に収納されている。円柱２６の長さは、積層ゴム１２の長さの３分の１程度の長さとなっている。
【００２９】
ここで、円柱２６の外周面にはＯリング２８が設けられており、膨張収縮材貯留部２４から収納部２３にかけて貯留されている水Ｘは、円柱２６によって密閉されている。また、円柱２６は、円柱２６の自重と、水Ｘから受ける圧力とが釣り合った高さに位置している。
【００３０】
本実施形態では円柱２６の上端部が１層目の剛板２０Ａの高さとなるように設定されている。なお、中空部２２の周壁とＯリング２８との摩擦を小さくするため、Ｏリング２８に潤滑剤を塗布してもよい。
【００３１】
次に本実施形態に係る免震構造体１０の作用について説明する。
【００３２】
図２に示すように、積層ゴム１２は、ゴム板１８の間に剛板２０が積層された構成であるため、積層ゴム１２に対して上部構造体３０から鉛直方向下向きの圧縮応力が作用しても、ゴム板１８が積層ゴム１２の周方向外側へ膨らまずに、ゴム本来の低い水平剛性を保つことができる。
【００３３】
ここで、地震力により下部構造体３２が矢印Ａの方向に上部構造体３０と相対移動して、積層ゴム１２を水平方向にせん断変形させる。このように積層ゴム１２がせん断変形することで、振動が上部構造体３０へ伝わるのを抑制している。
【００３４】
このとき、円柱２６の上端は、積層ゴム１２の下端から数えて１層目の剛板２０Ａの高さに位置している。このため、積層ゴム１２の１層目のゴム板１８Ａと１層目の剛板２０Ａの内周壁は、円柱２６に係止されるので、下フランジ１６と一体になって移動し、水平方向の移動が拘束される。従って、実際にせん断変形している積層ゴム１２の領域は、積層ゴム１２の下端から２層目のゴム板１８Ｂより上の部分だけとなっている。
【００３５】
ここで、図３に示すように、水Ｘの温度が上昇すると、水Ｘは膨張して体積を増加させようとする。このため、水Ｘと接する面は、水Ｘによって加圧される。ここで、円柱２６は収納部２３を密閉するように収納されているため、円柱２６は水Ｘによって加圧されて図４に示す位置まで移動する。
【００３６】
なお、円柱２６の移動量は、水Ｘの体積膨張率、円柱２６と水Ｘとが接する面積によって決定される。例えば、温度変化量が同じ場合でも、体積膨張率が大きいほど円柱２６の移動量は増加する。また、体積の増加量が同じ場合でも、収納部２３の水平断面積が小さいほど、円柱２６の移動量は増加する。
【００３７】
図４に示すように、本実施形態では円柱２６は、円柱２６の上端が積層ゴム１２の下端から数えて３層目の剛板２０Ｂの高さまで上方に押し上げられるようにした。
【００３８】
このとき、積層ゴム１２の最下層のゴム板１８Ａから３層目の剛板２０Ｂまでの領域の水平方向の移動が拘束される。これによって、積層ゴム１２が水平方向へせん断変形する領域は、下端から４層目のゴム板１８Ｃより上の部分だけとなる。
【００３９】
一方で、温度の上昇に伴ってゴム板１８が軟らかくなるため、ゴム板１８の水平剛性が低くなり、ゴム板１８の水平方向の移動量が増加する。
【００４０】
従って、下部構造体３２が矢印Ｃの方向に往復運動（振動）したとき、積層ゴム１２の下端から４層目のゴム板１８Ｃより上の領域だけしかせん断変形しないが、温度の上昇に伴ってゴム板１８の水平剛性が低くなっているので、積層ゴム１２の水平剛性の変化が相殺される。これにより、免震構造体１０の免震性能は、温度が上昇しても変化せずに一定に保たれる。
【００４１】
また逆に、図４の状態から温度が低下したときは、ゴム板１８が硬くなって、水平剛性が高くなり水平方向の移動量が減少する。一方で、温度の低下に伴って水Ｘが収縮するため、自重で円柱２６が下方に移動する。
【００４２】
円柱２６の上端が剛板２０Ａの位置まで下降したとき、積層ゴム１２がせん断変形する領域は、ゴム板１８Ｂより上の部分となるので、せん断変形する領域が増加することになる。従って、積層ゴム１２の水平剛性の変化が相殺され、温度変化に伴う免震性能の変動を抑制することができる。
【００４３】
なお、本実施形態に係る中空部２２は、積層ゴム１２の一端から他端まで貫通して形成されているが、必ずしも積層ゴム１２を貫通している必要はなく、少なくとも円柱２６の長さと同様の長さの中空部２２が形成されていればよい。換言すれば、円柱体２６は、積層ゴム１２と収納部２３に跨って移動するので、円柱体２６の長さと同様の高さまでしか移動しない設定とされている。
【００４４】
また、本実施形態に係る円柱２６は、積層ゴム１２の一部を拘束することができれば、形状は特に制限しない。例えば、円柱２６の断面が矩形や多角形角の柱体であってもよい。この場合、中空部２２及び収納部２３の形状は、円柱２６と対応する形状に形成される。
【００４５】
さらに、本実施形態では、水Ｘが円柱２６に接していたが、間に空気層を設けて、水Ｘと円柱２６とが非接触の状態としてもよい。この場合、水Ｘが膨張すると、空気層を介して円柱２６が加圧される。また、膨張収縮材として、半固体状のゲルや、水以外の液体を用いてもよい。
【００４６】
また、円柱２６の長さは、免震構造体１０を設置する環境などによって適宜設定される。例えば、温度変化の激しい環境で免震構造体１０を使用する場合、円柱２６の長さを長くして、積層ゴム１２を拘束できる領域を増やし、逆に温度変化が少ない場所では、積層ゴム１２を拘束できる領域は少なくて済むので、円柱２６の長さを短くする。これは、後述する変形例及び第２実施形態においても同様である。
【００４７】
次に、第１実施形態に係る免震構造体の変形例について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成のものは同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００４８】
図５に示すように、本変形例に係る免震構造体１１は、下フランジ１６の外部に円筒状の膨張収縮材貯留部３６が設けられている。膨張収縮材貯留部３６の下端部からはフランジ部３６Ａが張出しており、ボルト１７によって下部構造体３２に固定されている。
【００４９】
膨張収縮材貯留部３６の側壁には、供給管入口４０が開口しており、供給管４２の一端が接続されている。供給管４２は、下部構造体３２の上に配管され、供給管４２の他端は、下フランジ１６の大径部１６Ｂに形成された収納部２３の供給口２３Ａに接続されている。
【００５０】
また、膨張収縮材貯留部３６、供給管４２、及び収納部２３には水Ｘが貯留されている。さらに、収納部２３と中空部２２に跨って円柱２６が積層ゴム１２の積層方向に摺動自在に設けられている。円柱２６は、水Ｘを密閉して円柱２６の自重と、水Ｘから受ける圧力とが釣り合った高さに位置している。
【００５１】
本変形例の免震構造体１１によれば、膨張収縮材貯留部３６がフランジ１６の外部に設けられているため、膨張収縮材貯留層３６から水Ｘの補充や交換を行うことができる。また、下フランジ１６の大径部１６Ｂの内部には収納部２３を形成するだけでよいため、下フランジ１６を容易に製作することができる。
【００５２】
次に、第２実施形態に係る免震構造体について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成のものは適宜省略して説明する。
【００５３】
図６に示すように、本実施形態に係る免震構造体５０は、第１実施形態に係る免震構造体１０と同じ構成で、円柱状の積層ゴム５２と、積層ゴム５２の上端及び下端に設けられた上フランジ５６及び下フランジ５４とによって構成されている。
【００５４】
積層ゴム５２の下端に設けられた下フランジ５４は、円板状の部材で、積層ゴム５２の下面に加硫接着されている。また、フランジ５４の外周部には、複数のボルト孔５５が形成されており、ボルト５７が挿通されて下部構造体７０に固定されている。
【００５５】
また、積層ゴム５２の上端に設けられた上フランジ５６は２段構造となっており、積層ゴム５２の上面に加硫接着された小径部５６Ｂと、小径部５６Ｂの上部に形成された大径部５６Ａとによって構成されている。大径部５６Ａの外周部には上フランジ５４と同様に複数のボルト孔５５が形成されており、ボルト５７が挿通されて上部構造体７２に固定されている。
【００５６】
積層ゴム５２の内部には、積層ゴム５２を軸方向に貫通した中空部６２が形成されている。中空部６２は、縦長の円柱体をくり抜いた形状をしており、積層ゴム６２の中央部に位置している。
【００５７】
中空部６２の上方には、小径部５６Ｂの下面から上面に向かって凹状の収納部６３が形成されている。収納部６３は、中空部６２と同じ径で、中空部６２から連通して形成されており、小径部５６Ｂの上部まで延びている。また、収納部６３の上端は、水Ｘが貯留された膨張収縮材貯留部６４に連通している。
【００５８】
また、中空部６２と収納部６３に跨って、円柱６６が積層ゴム５２の積層方向に摺動自在に設けられており、円柱６６の下端部は、積層ゴム５２の上端から１層目の剛板６０Ａの高さに位置している。
【００５９】
また、円柱６６の外周面にはＯリング６８が嵌められており、円柱６６と収納部６３の周壁との隙間をシールしている。さらに、水Ｘは、円柱６６によって密閉されている。
【００６０】
ここで、円柱６６と膨張収縮材貯留部６４の天井に圧縮コイルバネ７４懸架されており、圧縮コイルバネ７４は、円柱６６を上方に引張り、円柱６６で収納部６３の開口を密閉している。
【００６１】
次に本実施形態に係る免震構造体５０の作用について説明する。
【００６２】
地震力により下部構造体７０が矢印Ｄの方向に上部構造体７２と相対移動して、積層ゴム５２を水平方向にせん断変形させる。このように積層ゴム５２がせん断変形することで、振動が上部構造体７２へ伝わるのを抑制している。
【００６３】
このとき、円柱６６の下端は、積層ゴム５２の上端から数えて１層目の剛板６０Ａの高さに位置している。このため、積層ゴム１２の１層目のゴム板５８Ａと１層目の剛板６０Ａの内周壁は、円柱６６に係止されるので、上フランジ５６と一体となって移動し、水平方向の移動が拘束される。従って、実際にせん断変形している積層ゴム１２の領域は、積層ゴム１２の下端から２層目のゴム板５８Ｂより下の部分だけとなっている
【００６４】
この状態から温度が上昇したとき、温度の上昇に伴って水Ｘが膨張し、円柱６６を下方へ移動させる。
【００６５】
また逆に、温度が低下したとき、温度の低下に伴って水Ｘが収縮し、円柱６６は圧縮コイルバネ７４によって引張られて上方に移動する。
【００６６】
このようにして、温度変化に伴って円柱６６が上下に移動して、積層ゴム５２がせん断変形する領域を変化させる。このため、温度変化に伴って積層ゴム５２の水平剛性が変化するのを相殺して免震性能の変動を抑制することができる。
【００６７】
なお、第１実施形態では、下フランジ１６に形成された収納部２３に円柱２６が収納されており、第２実施形態では、上フランジ５６に形成された収納部６３に円柱６６が収納されているが、第１実施形態に係る免震構造体１０の構成と第２実施形態に係る免震構造体５０の構成を組み合わせて、円柱２６及び円柱６６が設けられた構成としてもよい。
【００６８】
次に第３実施形態に係る免震構造体について説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同じ構成のものは適宜省略して説明する。
【００６９】
図７及び図８に示すように、本実施形態に係る免震構造体１００は、円柱状の積層ゴム１０２と、積層ゴム１０２の上端及び下端に設けられた上フランジ１０４及び下フランジ１０６とによって構成されている。
【００７０】
積層ゴム１０２は、高減衰ゴム製のゴム板１０８と剛板１１０とを上下方向に交互に積層させ、加硫接着されて一体となっている。また、積層ゴム１０２は、第１実施形態及び第２実施形態と異なり、中実構造となっている。
【００７１】
積層ゴム１０２の上端に設けられた上フランジ１０４は、円板状の部材で、積層ゴム１０２の上面に加硫接着されている。また、フランジ１０４の外周部には、複数のボルト孔１０５が形成されている。このボルト孔１０５にボルト１０７を挿通して、上部構造体１２０へ固定される。
【００７２】
また、積層ゴム１０２の下端に設けられた下フランジ１０６は２段構造となっており、積層ゴム１０２の下面に加硫接着された小径で肉厚の小径部１０６Ａと、小径部１０６Ａの下部に設けられ、上フランジ１０４と同径の大径部１０６Ｂとによって構成されている。大径部１０６Ｂの外周部には上フランジ１０４と同様に複数のボルト孔１０５が形成されており、ボルト１０７を挿通して下部構造体１２２へ固定される。
【００７３】
積層ゴム１０２の下方には、小径部１０６Ａの上面から下面に向かって凹状の収納部１１２が形成されている。収納部１１２は、積層ゴム１０２の外周に沿って形成されており、収納部１１２の下端は、膨張収縮材貯留部１１４に連通している。膨張収縮材貯留部１１４は、収納部１１２より広幅の環状溝であり、膨張収縮材貯留部１１４及び収納部１１３の一部には水Ｘが貯留されている。
【００７４】
また、収納部１１２と積層ゴム１０２とに跨って筒状の円柱１１６が上下方向に摺動自在に設けられている。ここで、円柱１１６の外周壁及び内周壁にはＯリング１１８が設けられており、膨張収縮材貯留部１１４から収納部１１２にかけて貯留されている水Ｘは、円柱１１６によって密閉されている。また、円柱１１６は、円柱１１６の自重と、水Ｘから受ける圧力とが釣り合った高さに位置している。
【００７５】
次に、本実施形態に係る免震構造体の作用について説明する。
【００７６】
図９に示すように、下部構造体１２２が、矢印Ｅの方向に上部構造体１２０と相対移動して積層ゴム１０２を水平方向にせん断変形させる。このように積層ゴム１０２がせん断変形することで、振動が上部構造体１２０へ伝わるのを抑制している。
【００７７】
このとき、筒状の円柱６６の上端は、積層ゴム１０２の下端から数えて１層目の１０８Ａの高さに位置しているので、積層ゴム１０２の１層目のゴム板１０８Ａと１層目の剛板１１０Ａの外周面は、円柱６６に係止されて水平方向の移動が拘束される。従って、積層ゴム１０２がせん断変形する領域は、最下層から２層目のゴム板１０８Ｂより上の部分となる。
【００７８】
この状態から気温が上昇すると、水Ｘが膨張して、円柱１１６を上方に移動させ、図１０の状態となる。図１０の状態では、円柱１１６は、１層目のゴム板１０８Ａから３層の剛板１１０Ｃが水平方向に移動するのを拘束し、積層ゴム１０２がせん断変形する領域を減少させる。このようにして、温度変化に伴う積層ゴム１０２の水平剛性の変化を相殺することで免震性能の変動を抑制することができる。
【００７９】
なお、本実施例では、収納部１１２及び膨張収縮材貯留部１１４は環状であったが、形状は特に制限をしない。例えば、第１実施例と同様に円柱体をくり抜いた形状であってもよい。
【００８０】
（実施例）
第１実施形態に係る免震構造体１０において、膨張収縮材として水を用いた場合、免震性能を一定にするためのばね定数の変化量Δκを求める。なお、計算に必要となる各設計値については、表１の通りである。
【００８１】
【表１】
【００８２】
計算の便宜上、積層ゴム１２はゴム板１８だけで構成されていると仮定し、剛板の厚み及び円柱の自重は無視する。常温を２０℃としたとき、温度が２０℃からＴ℃へ変化したときの円柱２６の移動量ｈは（１）式となる。なお、（１）式では、ｈがプラスの時は拘束部材２６が上に移動し、ｈがマイナスの時は拘束部材２６が下に移動する。
・・・（１）
【００８３】
ここで、温度が２０℃から２１℃に上昇したときの移動量ｈ２１は、（１）式からｈ２１＝５．２５ｍｍとなり、１℃上昇すると拘束部材２６が５．２５ｍｍ上に移動することになる。
【００８４】
次に、温度が１℃変化したときに積層ゴム１２のばね定数がΔκだけ変化すると仮定したとき、地震力によって積層ゴム１２の水平方向にせん断力Ｆが作用すると、積層ゴム１２のせん断変形量Ｌは（２）式となる。
・・・（２）
【００８５】
従って、温度が２１℃のときのせん断変形量Ｌ２１は（３）式となる。
・・・（３）
しかし、実際には拘束部材２６がｈ２１だけ移動しているため、せん断変形する積層ゴム１２の高さはＨ−ｈ２１だけとなる。このときのせん断変形量ＬＨ−ｈ２１は（４）式となる。
・・・（４）
【００８６】
ここで、温度変化に対する免震性能を一定にするためには、ＬＨ−ｈ２１が２０℃の時のせん断変形量Ｌ２０と等しくなればよいので、（５）式が成り立つ。
・・・（５）
【００８７】
（５）式からΔκを求めると、Δκ＝１.９７×１０−４Ｎ／ｍｍ・Ｋ-1となる。つまり、ばね定数の変化量が上記のΔκとなる高減衰積層ゴムを選定することで、温度変化に対して一定の免震性能を有することになる。
【符号の説明】
【００８８】
１０ 免震構造体
１１ 免震構造体
１２ 積層ゴム
１４ 上フランジ（フランジ）
１６ 下フランジ（フランジ）
１８ ゴム板
１８Ａ ゴム板
１８Ｂ ゴム板
１８Ｃ ゴム板
２０ 剛板
２０Ａ 剛板
２０Ｂ 剛板
２２ 中空部
２３ 収納部
２４ 膨張収縮材貯留部
２６ 円柱（拘束部材）
３６ 膨張収縮材貯留部
５０ 免震構造体
５２ 積層ゴム
５４ 上フランジ（フランジ）
５６ 下フランジ（フランジ）
５８ ゴム板
５８Ａ ゴム板
５８Ｂ ゴム板
６０ 剛板
６０Ａ 剛板
６３ 収納部
６４ 膨張収縮材貯留部
６６ 円柱（拘束部材）
１００ 免震構造体
１０２ 積層ゴム
１０４ 上フランジ（フランジ）
１０６ 下フランジ（フランジ）
１０８ ゴム板
１０８Ａ ゴム板
１０８Ｂ ゴム板
１１０ 剛板
１１２ 収納部
１１４ 膨張収縮材貯留部
１１６ 円柱（拘束部材）
Ｘ 水（膨張収縮材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビル等の構造物の支承部として、ゴム板と剛板を交互に積層した積層ゴムによる免震構造体が用いられている。しかしながら、積層ゴムを構成する高減衰ゴムは、温度が高くなると軟らかくなり、温度が低くなると硬くなる温度依存性を有しているので、気温によって積層ゴムの水平剛性が変化し、免震性能が安定しないといった問題がある。
【０００３】
上記問題を解決するため、天然ゴムを主成分とし、カーボンブラックと、軟化点が１３５℃以上の粘着付与剤とが配合された高減衰ゴムを用いた免震構造体が知られている（特許文献１）。しかしながら、カーボンブラックや粘着付与剤を配合させる割合にばらつきがあると、高減衰ゴムの温度依存性が変動する虞がある。また、高減衰ゴムの配合成分を変更する方法には限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０６５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、温度変化に伴う免震性能の変動を抑制する免震構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の免震構造体は、ゴム板と剛板とが交互に積層された積層ゴムと、前記積層ゴムの積層方向の両端に設けられたフランジと、前記フランジの少なくとも一方に形成された凹状の収納部と、前記収納部に一部が収納された状態で前記積層ゴムの積層方向に移動して、前記積層ゴムがせん断変形する領域を変化させる拘束部材と、前記収納部と連通する膨張収縮材貯留部と、前記膨張収縮材貯留部に貯留され、温度変化に伴って体積を増減させ、前記拘束部材を前記積層方向へ移動させる膨張収縮材と、を有する。
【０００７】
請求項１に記載の免震構造体では、温度の上昇に伴って膨張収縮材の体積が増加するため、膨張収縮材貯留部と連通する収納部へ収納された拘束部材が膨張収縮材に直接又は空気層を介して押され、積層方向に移動し、ゴム板及び剛板が水平方向に移動するのを拘束する。すなわち、積層ゴムがせん断変形する領域を減少させる。従って、温度の上昇に伴ってゴム板が柔らかくなり水平剛性が低くなっても、せん断変形する領域が減少しているため、水平剛性の変化が相殺され、免震性能を一定に保つことができる。
【０００８】
また逆に、温度が低下したとき、温度の低下に伴って膨張収縮材の体積が減少するため、膨張収縮材貯留部と連通する収納部へ収納された拘束部材が自重により積層方向に移動し、積層ゴムを構成するゴム板及び剛板の拘束状態を解除する。すなわち、積層ゴムがせん断変形する領域を増加させる。従って、温度の低下に伴ってゴム板が硬くなり水平剛性が高くなっても、せん断変形する領域が増加しているため、水平剛性の変化が相殺され、免震性能を一定に保つことができる。
【０００９】
請求項２に記載の免震構造体は、前記積層ゴムの内部には、前記フランジの中央に設けられた前記収納部へ連通する中空部が形成され、前記拘束部材は、前記収納部と前記中空部に跨って上下に移動可能に設けられた柱体である。
【００１０】
請求項２に記載の免震構造体では、柱体は、免震構造体の内部に設けられているので、コンパクトに設計できる。
【００１１】
請求項３に記載の免震構造体は、前記収納部は前記フランジの外周部に形成され、前記拘束部材は、前記積層ゴムの外周面に沿って移動する筒状体である。
【００１２】
請求項３に記載の免震構造体では、筒状体の位置を目視で確認することができるので、管理やメンテナンス等を容易に行うことができる。
【００１３】
請求項４に記載の免震構造体は、前記膨張収縮材貯留部は、前記フランジの内部に設けられている。
【００１４】
請求項４に記載の免震構造体では、膨張収縮材貯留部を別に設ける必要がないので、免震構造体をコンパクトにすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、上記の構成としたので、免震構造体の温度変化に伴う免震性能の変動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る免震構造体の一部破断斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る免震構造体が常温時にせん断変形している状態を示す断面図である。
【図３】第１実施形態に係る膨張収縮材が高温時に膨張した状態を示す要部拡大断面図である。
【図４】第１実施形態に係る免震構造体が高温時にせん断変形している状態を示す断面図である。
【図５】第１実施形態に係る膨張収縮材貯留部がフランジの外部に設けられた変形例を示す断面図である。
【図６】第２実施形態に係る免震構造体の断面図である。
【図７】第３実施形態に係る免震構造体の一部破断斜視図である。
【図８】第３実施形態に係る免震構造体の断面図である。
【図９】第３実施形態に係る免震構造体が常温時にせん断変形している状態を示す断面図である。
【図１０】第３実施形態に係る免震構造体が高温時にせん断変形している状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図を参照しながら第１実施形態に係る免震構造体について説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る免震構造体１０は、円柱状の積層ゴム１２と、積層ゴム１２の上端及び下端に設けられた上フランジ１４及び下フランジ１６とによって構成されている。
【００１９】
積層ゴム１２は、高減衰ゴム製のゴム板１８と剛板２０とが上下方向に交互に積層され、加硫接着されて一体となっている。また、積層ゴム１２が劣化するのを抑制するため、積層ゴム１２の外周面は被覆ゴムで被覆してもよい。
【００２０】
また、ゴム板１８の厚み、剛板２０の厚みは、１枚あたり３〜１０ｍｍであり、ゴム板１８の総厚及び層数は、免震構造体が支持する構造物の大きさ、及び必要な免震性能に合わせて適宜設定する。
【００２１】
積層ゴム１２の上端に設けられた上フランジ１４は、円板状の部材で、積層ゴム１２の上面に加硫接着されている。また、フランジ１４の外周部には、複数のボルト孔１５が形成されている。このボルト孔１５にボルト１７を挿通して、上部構造体３０へ固定される（図２参照）。
【００２２】
また、積層ゴム１２の下端に設けられた下フランジ１６は、２段構造となっており、積層ゴム１２の下面に加硫接着された小径で肉厚の小径部１６Ａと、小径部１６Ａの下部に設けられ、上フランジ１４と同径の大径部１６Ｂとによって構成されている。大径部１６Ｂの外周部には上フランジ１４と同様に複数のボルト孔１５が形成されており、ボルト１７を挿通して下部構造体３２へ固定される（図２参照）。
【００２３】
なお、上フランジ１４及び下フランジ１６の外形は積層ゴム１２の直径より大きければ、円形でなくても、矩形や多角形に形成されていてもよい。また、上フランジ１４又は下フランジ１６と積層ゴム１２との接着方法については、接着剤で接着してもよい。
【００２４】
積層ゴム１２の内部には、積層ゴム１２を軸方向に貫通した中空部２２が形成されている。中空部２２は、縦長の円柱体をくり抜いた形状をしており、積層ゴム１２の中央部に位置している。なお、中空部２２の周壁を防水シートで被覆し、剛板２０が後述する水の影響を受け難いようにしてもよい。
【００２５】
中空部２２の下方には、小径部１６Ａの上面から下面に向かって凹状の収納部２３が形成されている。収納部２３は、中空部２２と同じ径で、中空部２２から連通して形成されており、小径部１６Ａの下部まで延びている。また、収納部２３の下端は、膨張収縮材貯留部２４に連通している。
【００２６】
膨張収縮材貯留部２４は、中空部２２及び収納部２３より大径で、円板をくり抜いた形状をしている。なお、膨張収縮材貯留部２４の形状は、後述する膨張収縮材Ｘが貯留される形状であれば、他の形状でもよい。例えば、直方体であってもよい。
【００２７】
膨張収縮材貯留部２４から収納部２３にかけて、膨張収縮材が貯留されている。膨張収縮材は、温度の上昇に伴って膨張収縮材の体積が増加し、温度の低下に伴って体積が減少する。本実施形態では膨張収縮材の一例として水Ｘを用いているが、温度変化に伴って体積が変化すれば、他の材質でもよい。例えば、水銀やエタノールなどの液体でもよい。また、液体の他に半固体状のゲルなどを用いてもよい。
【００２８】
また、中空部２２と収納部２３に跨って、拘束部材としてスチール製の円柱２６が積層ゴム１２の積層方向に摺動自在に収納されている。円柱２６の長さは、積層ゴム１２の長さの３分の１程度の長さとなっている。
【００２９】
ここで、円柱２６の外周面にはＯリング２８が設けられており、膨張収縮材貯留部２４から収納部２３にかけて貯留されている水Ｘは、円柱２６によって密閉されている。また、円柱２６は、円柱２６の自重と、水Ｘから受ける圧力とが釣り合った高さに位置している。
【００３０】
本実施形態では円柱２６の上端部が１層目の剛板２０Ａの高さとなるように設定されている。なお、中空部２２の周壁とＯリング２８との摩擦を小さくするため、Ｏリング２８に潤滑剤を塗布してもよい。
【００３１】
次に本実施形態に係る免震構造体１０の作用について説明する。
【００３２】
図２に示すように、積層ゴム１２は、ゴム板１８の間に剛板２０が積層された構成であるため、積層ゴム１２に対して上部構造体３０から鉛直方向下向きの圧縮応力が作用しても、ゴム板１８が積層ゴム１２の周方向外側へ膨らまずに、ゴム本来の低い水平剛性を保つことができる。
【００３３】
ここで、地震力により下部構造体３２が矢印Ａの方向に上部構造体３０と相対移動して、積層ゴム１２を水平方向にせん断変形させる。このように積層ゴム１２がせん断変形することで、振動が上部構造体３０へ伝わるのを抑制している。
【００３４】
このとき、円柱２６の上端は、積層ゴム１２の下端から数えて１層目の剛板２０Ａの高さに位置している。このため、積層ゴム１２の１層目のゴム板１８Ａと１層目の剛板２０Ａの内周壁は、円柱２６に係止されるので、下フランジ１６と一体になって移動し、水平方向の移動が拘束される。従って、実際にせん断変形している積層ゴム１２の領域は、積層ゴム１２の下端から２層目のゴム板１８Ｂより上の部分だけとなっている。
【００３５】
ここで、図３に示すように、水Ｘの温度が上昇すると、水Ｘは膨張して体積を増加させようとする。このため、水Ｘと接する面は、水Ｘによって加圧される。ここで、円柱２６は収納部２３を密閉するように収納されているため、円柱２６は水Ｘによって加圧されて図４に示す位置まで移動する。
【００３６】
なお、円柱２６の移動量は、水Ｘの体積膨張率、円柱２６と水Ｘとが接する面積によって決定される。例えば、温度変化量が同じ場合でも、体積膨張率が大きいほど円柱２６の移動量は増加する。また、体積の増加量が同じ場合でも、収納部２３の水平断面積が小さいほど、円柱２６の移動量は増加する。
【００３７】
図４に示すように、本実施形態では円柱２６は、円柱２６の上端が積層ゴム１２の下端から数えて３層目の剛板２０Ｂの高さまで上方に押し上げられるようにした。
【００３８】
このとき、積層ゴム１２の最下層のゴム板１８Ａから３層目の剛板２０Ｂまでの領域の水平方向の移動が拘束される。これによって、積層ゴム１２が水平方向へせん断変形する領域は、下端から４層目のゴム板１８Ｃより上の部分だけとなる。
【００３９】
一方で、温度の上昇に伴ってゴム板１８が軟らかくなるため、ゴム板１８の水平剛性が低くなり、ゴム板１８の水平方向の移動量が増加する。
【００４０】
従って、下部構造体３２が矢印Ｃの方向に往復運動（振動）したとき、積層ゴム１２の下端から４層目のゴム板１８Ｃより上の領域だけしかせん断変形しないが、温度の上昇に伴ってゴム板１８の水平剛性が低くなっているので、積層ゴム１２の水平剛性の変化が相殺される。これにより、免震構造体１０の免震性能は、温度が上昇しても変化せずに一定に保たれる。
【００４１】
また逆に、図４の状態から温度が低下したときは、ゴム板１８が硬くなって、水平剛性が高くなり水平方向の移動量が減少する。一方で、温度の低下に伴って水Ｘが収縮するため、自重で円柱２６が下方に移動する。
【００４２】
円柱２６の上端が剛板２０Ａの位置まで下降したとき、積層ゴム１２がせん断変形する領域は、ゴム板１８Ｂより上の部分となるので、せん断変形する領域が増加することになる。従って、積層ゴム１２の水平剛性の変化が相殺され、温度変化に伴う免震性能の変動を抑制することができる。
【００４３】
なお、本実施形態に係る中空部２２は、積層ゴム１２の一端から他端まで貫通して形成されているが、必ずしも積層ゴム１２を貫通している必要はなく、少なくとも円柱２６の長さと同様の長さの中空部２２が形成されていればよい。換言すれば、円柱体２６は、積層ゴム１２と収納部２３に跨って移動するので、円柱体２６の長さと同様の高さまでしか移動しない設定とされている。
【００４４】
また、本実施形態に係る円柱２６は、積層ゴム１２の一部を拘束することができれば、形状は特に制限しない。例えば、円柱２６の断面が矩形や多角形角の柱体であってもよい。この場合、中空部２２及び収納部２３の形状は、円柱２６と対応する形状に形成される。
【００４５】
さらに、本実施形態では、水Ｘが円柱２６に接していたが、間に空気層を設けて、水Ｘと円柱２６とが非接触の状態としてもよい。この場合、水Ｘが膨張すると、空気層を介して円柱２６が加圧される。また、膨張収縮材として、半固体状のゲルや、水以外の液体を用いてもよい。
【００４６】
また、円柱２６の長さは、免震構造体１０を設置する環境などによって適宜設定される。例えば、温度変化の激しい環境で免震構造体１０を使用する場合、円柱２６の長さを長くして、積層ゴム１２を拘束できる領域を増やし、逆に温度変化が少ない場所では、積層ゴム１２を拘束できる領域は少なくて済むので、円柱２６の長さを短くする。これは、後述する変形例及び第２実施形態においても同様である。
【００４７】
次に、第１実施形態に係る免震構造体の変形例について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成のものは同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００４８】
図５に示すように、本変形例に係る免震構造体１１は、下フランジ１６の外部に円筒状の膨張収縮材貯留部３６が設けられている。膨張収縮材貯留部３６の下端部からはフランジ部３６Ａが張出しており、ボルト１７によって下部構造体３２に固定されている。
【００４９】
膨張収縮材貯留部３６の側壁には、供給管入口４０が開口しており、供給管４２の一端が接続されている。供給管４２は、下部構造体３２の上に配管され、供給管４２の他端は、下フランジ１６の大径部１６Ｂに形成された収納部２３の供給口２３Ａに接続されている。
【００５０】
また、膨張収縮材貯留部３６、供給管４２、及び収納部２３には水Ｘが貯留されている。さらに、収納部２３と中空部２２に跨って円柱２６が積層ゴム１２の積層方向に摺動自在に設けられている。円柱２６は、水Ｘを密閉して円柱２６の自重と、水Ｘから受ける圧力とが釣り合った高さに位置している。
【００５１】
本変形例の免震構造体１１によれば、膨張収縮材貯留部３６がフランジ１６の外部に設けられているため、膨張収縮材貯留層３６から水Ｘの補充や交換を行うことができる。また、下フランジ１６の大径部１６Ｂの内部には収納部２３を形成するだけでよいため、下フランジ１６を容易に製作することができる。
【００５２】
次に、第２実施形態に係る免震構造体について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成のものは適宜省略して説明する。
【００５３】
図６に示すように、本実施形態に係る免震構造体５０は、第１実施形態に係る免震構造体１０と同じ構成で、円柱状の積層ゴム５２と、積層ゴム５２の上端及び下端に設けられた上フランジ５６及び下フランジ５４とによって構成されている。
【００５４】
積層ゴム５２の下端に設けられた下フランジ５４は、円板状の部材で、積層ゴム５２の下面に加硫接着されている。また、フランジ５４の外周部には、複数のボルト孔５５が形成されており、ボルト５７が挿通されて下部構造体７０に固定されている。
【００５５】
また、積層ゴム５２の上端に設けられた上フランジ５６は２段構造となっており、積層ゴム５２の上面に加硫接着された小径部５６Ｂと、小径部５６Ｂの上部に形成された大径部５６Ａとによって構成されている。大径部５６Ａの外周部には上フランジ５４と同様に複数のボルト孔５５が形成されており、ボルト５７が挿通されて上部構造体７２に固定されている。
【００５６】
積層ゴム５２の内部には、積層ゴム５２を軸方向に貫通した中空部６２が形成されている。中空部６２は、縦長の円柱体をくり抜いた形状をしており、積層ゴム６２の中央部に位置している。
【００５７】
中空部６２の上方には、小径部５６Ｂの下面から上面に向かって凹状の収納部６３が形成されている。収納部６３は、中空部６２と同じ径で、中空部６２から連通して形成されており、小径部５６Ｂの上部まで延びている。また、収納部６３の上端は、水Ｘが貯留された膨張収縮材貯留部６４に連通している。
【００５８】
また、中空部６２と収納部６３に跨って、円柱６６が積層ゴム５２の積層方向に摺動自在に設けられており、円柱６６の下端部は、積層ゴム５２の上端から１層目の剛板６０Ａの高さに位置している。
【００５９】
また、円柱６６の外周面にはＯリング６８が嵌められており、円柱６６と収納部６３の周壁との隙間をシールしている。さらに、水Ｘは、円柱６６によって密閉されている。
【００６０】
ここで、円柱６６と膨張収縮材貯留部６４の天井に圧縮コイルバネ７４懸架されており、圧縮コイルバネ７４は、円柱６６を上方に引張り、円柱６６で収納部６３の開口を密閉している。
【００６１】
次に本実施形態に係る免震構造体５０の作用について説明する。
【００６２】
地震力により下部構造体７０が矢印Ｄの方向に上部構造体７２と相対移動して、積層ゴム５２を水平方向にせん断変形させる。このように積層ゴム５２がせん断変形することで、振動が上部構造体７２へ伝わるのを抑制している。
【００６３】
このとき、円柱６６の下端は、積層ゴム５２の上端から数えて１層目の剛板６０Ａの高さに位置している。このため、積層ゴム１２の１層目のゴム板５８Ａと１層目の剛板６０Ａの内周壁は、円柱６６に係止されるので、上フランジ５６と一体となって移動し、水平方向の移動が拘束される。従って、実際にせん断変形している積層ゴム１２の領域は、積層ゴム１２の下端から２層目のゴム板５８Ｂより下の部分だけとなっている
【００６４】
この状態から温度が上昇したとき、温度の上昇に伴って水Ｘが膨張し、円柱６６を下方へ移動させる。
【００６５】
また逆に、温度が低下したとき、温度の低下に伴って水Ｘが収縮し、円柱６６は圧縮コイルバネ７４によって引張られて上方に移動する。
【００６６】
このようにして、温度変化に伴って円柱６６が上下に移動して、積層ゴム５２がせん断変形する領域を変化させる。このため、温度変化に伴って積層ゴム５２の水平剛性が変化するのを相殺して免震性能の変動を抑制することができる。
【００６７】
なお、第１実施形態では、下フランジ１６に形成された収納部２３に円柱２６が収納されており、第２実施形態では、上フランジ５６に形成された収納部６３に円柱６６が収納されているが、第１実施形態に係る免震構造体１０の構成と第２実施形態に係る免震構造体５０の構成を組み合わせて、円柱２６及び円柱６６が設けられた構成としてもよい。
【００６８】
次に第３実施形態に係る免震構造体について説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同じ構成のものは適宜省略して説明する。
【００６９】
図７及び図８に示すように、本実施形態に係る免震構造体１００は、円柱状の積層ゴム１０２と、積層ゴム１０２の上端及び下端に設けられた上フランジ１０４及び下フランジ１０６とによって構成されている。
【００７０】
積層ゴム１０２は、高減衰ゴム製のゴム板１０８と剛板１１０とを上下方向に交互に積層させ、加硫接着されて一体となっている。また、積層ゴム１０２は、第１実施形態及び第２実施形態と異なり、中実構造となっている。
【００７１】
積層ゴム１０２の上端に設けられた上フランジ１０４は、円板状の部材で、積層ゴム１０２の上面に加硫接着されている。また、フランジ１０４の外周部には、複数のボルト孔１０５が形成されている。このボルト孔１０５にボルト１０７を挿通して、上部構造体１２０へ固定される。
【００７２】
また、積層ゴム１０２の下端に設けられた下フランジ１０６は２段構造となっており、積層ゴム１０２の下面に加硫接着された小径で肉厚の小径部１０６Ａと、小径部１０６Ａの下部に設けられ、上フランジ１０４と同径の大径部１０６Ｂとによって構成されている。大径部１０６Ｂの外周部には上フランジ１０４と同様に複数のボルト孔１０５が形成されており、ボルト１０７を挿通して下部構造体１２２へ固定される。
【００７３】
積層ゴム１０２の下方には、小径部１０６Ａの上面から下面に向かって凹状の収納部１１２が形成されている。収納部１１２は、積層ゴム１０２の外周に沿って形成されており、収納部１１２の下端は、膨張収縮材貯留部１１４に連通している。膨張収縮材貯留部１１４は、収納部１１２より広幅の環状溝であり、膨張収縮材貯留部１１４及び収納部１１３の一部には水Ｘが貯留されている。
【００７４】
また、収納部１１２と積層ゴム１０２とに跨って筒状の円柱１１６が上下方向に摺動自在に設けられている。ここで、円柱１１６の外周壁及び内周壁にはＯリング１１８が設けられており、膨張収縮材貯留部１１４から収納部１１２にかけて貯留されている水Ｘは、円柱１１６によって密閉されている。また、円柱１１６は、円柱１１６の自重と、水Ｘから受ける圧力とが釣り合った高さに位置している。
【００７５】
次に、本実施形態に係る免震構造体の作用について説明する。
【００７６】
図９に示すように、下部構造体１２２が、矢印Ｅの方向に上部構造体１２０と相対移動して積層ゴム１０２を水平方向にせん断変形させる。このように積層ゴム１０２がせん断変形することで、振動が上部構造体１２０へ伝わるのを抑制している。
【００７７】
このとき、筒状の円柱６６の上端は、積層ゴム１０２の下端から数えて１層目の１０８Ａの高さに位置しているので、積層ゴム１０２の１層目のゴム板１０８Ａと１層目の剛板１１０Ａの外周面は、円柱６６に係止されて水平方向の移動が拘束される。従って、積層ゴム１０２がせん断変形する領域は、最下層から２層目のゴム板１０８Ｂより上の部分となる。
【００７８】
この状態から気温が上昇すると、水Ｘが膨張して、円柱１１６を上方に移動させ、図１０の状態となる。図１０の状態では、円柱１１６は、１層目のゴム板１０８Ａから３層の剛板１１０Ｃが水平方向に移動するのを拘束し、積層ゴム１０２がせん断変形する領域を減少させる。このようにして、温度変化に伴う積層ゴム１０２の水平剛性の変化を相殺することで免震性能の変動を抑制することができる。
【００７９】
なお、本実施例では、収納部１１２及び膨張収縮材貯留部１１４は環状であったが、形状は特に制限をしない。例えば、第１実施例と同様に円柱体をくり抜いた形状であってもよい。
【００８０】
（実施例）
第１実施形態に係る免震構造体１０において、膨張収縮材として水を用いた場合、免震性能を一定にするためのばね定数の変化量Δκを求める。なお、計算に必要となる各設計値については、表１の通りである。
【００８１】
【表１】
【００８２】
計算の便宜上、積層ゴム１２はゴム板１８だけで構成されていると仮定し、剛板の厚み及び円柱の自重は無視する。常温を２０℃としたとき、温度が２０℃からＴ℃へ変化したときの円柱２６の移動量ｈは（１）式となる。なお、（１）式では、ｈがプラスの時は拘束部材２６が上に移動し、ｈがマイナスの時は拘束部材２６が下に移動する。
・・・（１）
【００８３】
ここで、温度が２０℃から２１℃に上昇したときの移動量ｈ２１は、（１）式からｈ２１＝５．２５ｍｍとなり、１℃上昇すると拘束部材２６が５．２５ｍｍ上に移動することになる。
【００８４】
次に、温度が１℃変化したときに積層ゴム１２のばね定数がΔκだけ変化すると仮定したとき、地震力によって積層ゴム１２の水平方向にせん断力Ｆが作用すると、積層ゴム１２のせん断変形量Ｌは（２）式となる。
・・・（２）
【００８５】
従って、温度が２１℃のときのせん断変形量Ｌ２１は（３）式となる。
・・・（３）
しかし、実際には拘束部材２６がｈ２１だけ移動しているため、せん断変形する積層ゴム１２の高さはＨ−ｈ２１だけとなる。このときのせん断変形量ＬＨ−ｈ２１は（４）式となる。
・・・（４）
【００８６】
ここで、温度変化に対する免震性能を一定にするためには、ＬＨ−ｈ２１が２０℃の時のせん断変形量Ｌ２０と等しくなればよいので、（５）式が成り立つ。
・・・（５）
【００８７】
（５）式からΔκを求めると、Δκ＝１.９７×１０−４Ｎ／ｍｍ・Ｋ-1となる。つまり、ばね定数の変化量が上記のΔκとなる高減衰積層ゴムを選定することで、温度変化に対して一定の免震性能を有することになる。
【符号の説明】
【００８８】
１０ 免震構造体
１１ 免震構造体
１２ 積層ゴム
１４ 上フランジ（フランジ）
１６ 下フランジ（フランジ）
１８ ゴム板
１８Ａ ゴム板
１８Ｂ ゴム板
１８Ｃ ゴム板
２０ 剛板
２０Ａ 剛板
２０Ｂ 剛板
２２ 中空部
２３ 収納部
２４ 膨張収縮材貯留部
２６ 円柱（拘束部材）
３６ 膨張収縮材貯留部
５０ 免震構造体
５２ 積層ゴム
５４ 上フランジ（フランジ）
５６ 下フランジ（フランジ）
５８ ゴム板
５８Ａ ゴム板
５８Ｂ ゴム板
６０ 剛板
６０Ａ 剛板
６３ 収納部
６４ 膨張収縮材貯留部
６６ 円柱（拘束部材）
１００ 免震構造体
１０２ 積層ゴム
１０４ 上フランジ（フランジ）
１０６ 下フランジ（フランジ）
１０８ ゴム板
１０８Ａ ゴム板
１０８Ｂ ゴム板
１１０ 剛板
１１２ 収納部
１１４ 膨張収縮材貯留部
１１６ 円柱（拘束部材）
Ｘ 水（膨張収縮材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム板と剛板とが交互に積層された積層ゴムと、
前記積層ゴムの積層方向の両端に設けられたフランジと、
前記フランジの少なくとも一方に形成された凹状の収納部と、
前記収納部に一部が収納された状態で前記積層ゴムの積層方向に移動して、前記積層ゴムがせん断変形する領域を変化させる拘束部材と、
前記収納部と連通する膨張収縮材貯留部と、
前記膨張収縮材貯留部に貯留され、温度変化に伴って体積を増減させ、前記拘束部材を前記積層方向へ移動させる膨張収縮材と、
を有する免震構造体。
【請求項２】
前記積層ゴムの内部には、前記フランジの中央に設けられた前記収納部と連通する中空部が形成され、前記拘束部材は、前記収納部と前記中空部に跨って上下に移動可能に設けられた柱体であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体。
【請求項３】
前記収納部は、前記フランジの外周部に形成され、前記拘束部材は、前記積層ゴムの外周面に沿って移動する筒状体である請求項１に記載の免震構造体。
【請求項４】
前記膨張収縮材貯留部は、前記フランジの内部に設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の免震構造体。
【請求項１】
ゴム板と剛板とが交互に積層された積層ゴムと、
前記積層ゴムの積層方向の両端に設けられたフランジと、
前記フランジの少なくとも一方に形成された凹状の収納部と、
前記収納部に一部が収納された状態で前記積層ゴムの積層方向に移動して、前記積層ゴムがせん断変形する領域を変化させる拘束部材と、
前記収納部と連通する膨張収縮材貯留部と、
前記膨張収縮材貯留部に貯留され、温度変化に伴って体積を増減させ、前記拘束部材を前記積層方向へ移動させる膨張収縮材と、
を有する免震構造体。
【請求項２】
前記積層ゴムの内部には、前記フランジの中央に設けられた前記収納部と連通する中空部が形成され、前記拘束部材は、前記収納部と前記中空部に跨って上下に移動可能に設けられた柱体であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体。
【請求項３】
前記収納部は、前記フランジの外周部に形成され、前記拘束部材は、前記積層ゴムの外周面に沿って移動する筒状体である請求項１に記載の免震構造体。
【請求項４】
前記膨張収縮材貯留部は、前記フランジの内部に設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の免震構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−５０１５２（Ｐ２０１３−５０１５２Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８７７５５（Ｐ２０１１−１８７７５５）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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