免震装置、免震装置の製造方法、及びセンサ
【課題】メンテナンスの手間がかからず、低コストで正確に積層体の健全性を評価することを目的とする。
【解決手段】せん断変形可能な積層体４を備えた免震装置１において、積層体４の外周部に、積層体４のせん断変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、一対の電極間の電位差を検出して誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて積層体４のせん断変形量を計測するセンサ５が設置されている。
【解決手段】せん断変形可能な積層体４を備えた免震装置１において、積層体４の外周部に、積層体４のせん断変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、一対の電極間の電位差を検出して誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて積層体４のせん断変形量を計測するセンサ５が設置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層体を備えた免震装置、その免震装置の製造方法、及びその免震装置の変形履歴を検出するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建物本体などの上部構造と基礎などの下部構造との間に免震装置が介装された免震構造物が普及し始めている。前記した免震装置として、従来、上部構造を下部構造に対して相対的に水平移動可能に支持する積層体を備えた免震装置が広く知られている。この免震装置は、下部構造に固定される下側端板と上部構造に固定される上側端板との間に積層体が介在された構成からなる。また、上記した積層体は、軟質板と硬質板を交互に積層した構成からなり、相対的に鉛直剛性が高くて水平剛性が低い柱状体である。このような積層体を備える免震装置によれば、地震や暴風時等に、積層体が水平方向にせん断変形するため、上部構造の固有周期が長くなり、上部構造が受ける地震応力が緩和される。また、積層体の鉛直剛性が大きいため、上部構造の荷重を受けても積層体の沈み込みが小さく抑えられ、上部構造を長期的に安定支持することができる。
【０００３】
ところで、上記した免震建築物が大地震を経験した場合に、地震後の積層体の健全性を評価することが望ましい。そこで、従来、地震後の積層体の外観を目視評価したり、地震動の記録などから建物が経験した振動を応答解析して積層体の変形量を推定したり積層体の変形後のずれ量を計測したりして、経験的判断に基づいて地震後の積層体の健全性を評価している。また、従来、研究開発目的で、加速度計や変位計、ひずみ計などを積層体、若しくはその周辺に配置し、それらの計測機器で地震時における免震装置の変位等を計測したり、また、積層体をビデオカメラ等で撮影、録画して映像を解析したりする場合もある。
【０００４】
また、近年、例えば下記特許文献１に記載されているような、地震時における積層体内での亀裂等の発生及び進展を検出する技術が提案されている。この技術は、積層体にＡＥセンサを設置し、このＡＥセンサで検出されたＡＥ信号をＡＥ分析器で分析することで、積層体内での亀裂等の発生及び進展を検出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６４０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した外観目視や振動応答解析による推定、ずれ量の計測などの評価方法は、定量的な判断でなく、経験的判断に基づく判断であるため、その評価の正確性を確保するのが難しいという問題がある。
【０００７】
また、加速度計やビデオカメラ等の計測機器を用いて免震装置の健全性を評価する上記した従来の方法では、多数の配線や機器が必要であってシステムが大掛かりになるため、その設置にコストと手間がかかるという問題がある。したがって、上記した計測機器を全ての免震装置に対して設置せず、予め選定された免震装置に対してだけ加速度計等を設置するのが一般的であり、計測対象以外の免震装置の積層体の健全性については正確に評価することが難しい。また、免震装置の積層体は、変形ひずみが最大で４５０％程度となり、表面ひずみが最大で３００％程度になるが、従来のひずみ計ではそのような大ひずみを計測することができない。
【０００８】
また、上記した計測機器は精密機械であり、例えば３０年以上の長期間に亘って計測するだけの耐久性はないので、定期的に保守点検したり交換したりする必要がある。よって、計測機器のメンテナンスに手間とコストがかかるという問題がある。特に、免震装置が設置される建物の基礎部分は、温度変化や湿気、埃など精密機械にとって好ましい環境下ではないので、計測機器の養生や防護を設ける必要があり、コストや手間がかかるという問題がある。
【０００９】
また、ＡＥセンサを用いて積層体の健全性を評価する方法では、地震時における積層体の変形量を計測するものではないので、積層体の健全性を正確に評価することはできないという問題がある。つまり、ＡＥセンサは、積層体に実際に発生した亀裂等の欠陥を検出するものであるので、積層体に欠陥が生じていなければ、積層体の疲労具合を検出することができない。
【００１０】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、メンテナンスの手間がかからず、低コストで正確に積層体の健全性を評価することができる免震装置と、その免震装置の製造方法と、その免震装置に用いるセンサとを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る免震装置は、せん断変形可能な積層体を備えた免震装置において、前記積層体の外周部に、該積層体のせん断変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、該誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、前記一対の電極間の電位差を検出して前記誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて前記積層体のせん断変形量を計測するセンサが設置されていることを特徴としている。
【００１２】
このような特徴により、積層体がセンサの方向にせん断変形すると、そのせん断変形に伴いセンサ（誘電性基体）が伸張し、積層体の変位量（せん断変形量）に比例してセンサの長さが長くなって誘電性基体の表面積が拡大すると共に、誘電性基体の厚さが薄くなって一対の電極間の距離が狭くなる。これにより、一対の電極上に、誘電性基体の表面積の大きさに比例した電荷が出現する。続いて、せん断変形した積層体が元の形状に戻るとき、伸張したセンサ（誘電性基体）が積層体の戻り変形に伴い収縮し、誘電性基体の表面積が縮小するとともに一対の電極間の距離が拡がる。その結果、誘電性基体上の電荷の間隔が狭くなると共に電荷が押し出されて電気エネルギーとして放出され、一対の電極間の電位差が増加する。そして、この一対の電極間の電位差の変化に基づいて誘電性基体の伸張量が計測され、その伸張量に比例する積層体のせん断変形量が計測される。
【００１３】
また、本発明に係る免震装置は、前記積層体の外周部に、複数の前記センサが周方向に並設されていることが好ましい。
これにより、複数のセンサで計測される各計測値と各センサの設置位置情報に基づいて積層体の変形方向が検知される。すなわち、積層体がせん断変形するとき、その変形方向に配設されたセンサの誘電性基体の表面積が拡大し、変形方向に直交する方向に配設されたセンサの誘電性基体の表面積は拡大しない。したがって、積層体のせん断変形に伴い誘電性基体の表面積が拡大したセンサの設置位置を検出することで積層体の変形方向が判別される。
【００１４】
また、本発明に係る免震装置の製造方法は、せん断変形可能な積層体が備えられ、該積層体の外周部に、該積層体のせん断変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、該誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、前記一対の電極間の電位差を検出して前記誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて前記積層体のせん断変形量を計測する複数のセンサが設置された免震装置の製造方法であって、複数の前記センサを、帯状のガイドシートの一方の面に該ガイドシートの長さ方向に間隔をあけてそれぞれ貼着させておき、該ガイドシートを前記積層体の外周面に巻き付けることを特徴としている。
【００１５】
このような特徴により、積層体の外周部に複数のセンサが一括で取り付けられる。また、複数のセンサを個別に位置合わせして所定間隔に配置する必要がなく、複数のセンサが、正確且つ容易に所定間隔で配置される。
【００１６】
また、本発明に係るセンサは、被検体に設置されて該被検体の変形量を計測するセンサであって、前記被検体の変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、該誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、前記一対の電極間の電位差を検出して前記誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて前記被検体の変形量を計測することを特徴としている。
【００１７】
このような特徴により、被検体が変形すると、その変形に伴い誘電性基体が伸張され、誘電性基体の表面積が拡大するとともに一対の電極間の距離が狭くなり、一対の電極上に電荷が現れる。続いて、被検体が元の形状に戻るとき、その戻り変形に伴い誘電性基体が収縮し、誘電性基体の表面積が縮小するとともに一対の電極間の距離が拡がり、一対の電極間の電位差が増加する。そして、この一対の電極間の電位差の変化に基づいて誘電性基体の伸張量が計測され、その伸張量に基づいて被検体の変形量が計測される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る免震装置によれば、センサによって計測した計測結果（積層体のせん断変形量）を蓄積することで積層体の変位履歴（載荷履歴）を取得することができ、また、時間に対する積層体のせん断変形量の波形を取ることで積層体の変形加速度も取得することができる。そして、これらの情報に基づいて、積層体の劣化度（疲労具合）を推定して積層体の健全性を評価することができる。
また、センサによって積層体の変形量が計測され、その定量的な値に基づいて積層体の健全性が評価されるので、正確な評価を容易に行うことができ、健全性評価の信頼性を向上させることができる。
【００１９】
また、上記したセンサは単純な構造であり、耐久性に優れているので、厳しい環境下においても長期間に亘って使用可能であり、メンテナンスの手間とコストを低減させることができ、また、防護や養生等も軽減することが可能である。また、上記したセンサは大量生産（ロール生産等）によって安価に製作でき、また、積層体の外周部に設置するだけなので、多数の免震装置に対してセンサを設置しても、その手間やコストは低く抑えることができる。したがって、例えば免震構造物の全ての免震装置に対して健全性を評価することが経済的にも実現可能であり、そして、個々の免震装置についてそれぞれ健全性を評価することで、各免震装置の健全性を正確に把握することができ、免震構造物に対する信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための免震装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態を説明するための免震装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態を説明するためのセンサの部分断面図である。
【図４】図２に示すＡ−Ａ間の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態を説明するための免震装置の製造工程を表した斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態を説明するためのせん断変形時の免震装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る免震装置、免震装置の製造方法及びセンサの実施の形態について、図面に基いて説明する。
【００２２】
図１に示す免震装置１は、基礎等の図示せぬ下部構造と建物本体等の図示せぬ上部構造との間に介装され、上部構造を下部構造に対して相対的に水平移動可能に支持する装置である。この免震装置１の概略構成としては、図１、図２に示すように、下部構造に固定される下側端板２と、上部構造に固定される上側端板３と、下側端板２と上側端板３の間に介在された積層体４と、積層体４の外周部に設置された複数のセンサ５と、を備えている。
【００２３】
下側端板２及び上側端板３は、例えば平面視円形の鋼板であり、上下に対向して配置されている。また、下側端板２及び上側端板３は、それぞれ積層体４の断面形状よりも大径に形成されており、これら下側端板２及び上側端板３の各外周部は、全周に亘って積層体４の径方向外側に向けて突出されている。また、下側端板２及び上側端板３は、例えばアンカーボルト等を介して下部構造や上部構造に固定されるプレートであり、下側端板２及び上側端板３の各外周部には、周方向に間隔をあけて複数のボルト孔２０、３０が形成されている。
【００２４】
図２に示すように、積層体４は、複数の軟質板４０と硬質板４１とが交互に積層された積層構造の柱状体であり、水平方向にせん断変形可能な略円柱形状に形成されている。この積層体４の外周部には、上記した軟質板４０及び硬質板４１の外周を被覆する被覆ゴム４２が全周に亘って形成されている。軟質板４０と被覆ゴム４２とは、一体に形成された弾性変形可能な加硫ゴムからなり、上記した複数の硬質板４１と共に未加硫の軟質板４０及び被覆ゴム４２を加硫させることで、軟質板４０及び被覆ゴム４２と複数の硬質板４１とが加硫接着されている。
なお、上記した軟質板４０及び被覆部４２はゴム以外であってもよく、例えば軟質樹脂で形成することも可能である。また、上記した硬質板４１は、鋼板以外であってもよく、例えば硬質樹脂からなる板材であってもよい。
【００２５】
上記した構成の積層体４は、鉛直剛性が高くて鉛直方向に沈みにくく、且つ水平剛性が低くて水平方向にせん断変形しやすい。具体的には、積層体４の鉛直剛性が水平剛性の約３万倍程度大きくなっており、積層体４の水平方向の最大変形ひずみは、３００〜４５０％程度となっている。なお、前記した「変形ひずみ」は、複数の軟質板４０の高さ寸法ｈの合計値に対する積層体４の水平方向の変形量の比率である。
【００２６】
センサ５は、積層体４（被検体）の外周面に貼着されたシート状のセンサであり、地震動や暴風時の風荷重等で積層体４がせん断変形したときにそれに追従して伸張され、その伸張量に比例して発生する電気的エネルギーに基づいて積層体４の変形量を計測するセンサである。
【００２７】
具体的に説明すると、センサ５は、電極間に誘電体が挟まれたコンデンサーと同様な構造からなるセンサであって、その概略構成としては、図３に示すように、積層体４のせん断変形に伴い伸張変形する可撓性を有するシート状の誘電性基体５０と、その誘電性基体５０の両面にそれぞれ積層された一対の電極５１、５２と、を備えたサンドイッチ構造を成している。このセンサ５は、一対の電極５１、５２間の電位差を検出し、誘電性基体５０の伸張変形に比例する一対の電極５１、５２間の電位差の変化に基づいて誘電性基体５０の表面積（伸張量）を計測し、その計測値に基づいて積層体４の変形量を算出するものである。
【００２８】
誘電性基体５０は、電歪ポリマーからなる伸縮可能なシート（フィルム）であり、膜面方向に伸張すると膜厚方向に縮小し、膜面方向に収縮すると膜厚方向に拡大する。具体的には、誘電性基体５０は、例えばアクリルやウレタン、シリコンなどの弾性変形可能な誘電エラストマーからなる誘電体膜である。
【００２９】
電極５１、５２は、誘電性基体５０の両面全体を被覆する導電性膜である。この電極５１、５２は、可撓性を有する柔軟な電極であり、誘電性基体５０の伸縮に追従して伸縮変形可能である。具体的には、電極５１、５２は、例えば導電性グリスや、ポリマー材料等に炭素粉末を混合したものからなる。
【００３０】
上記した構成のセンサ５は、少なくとも積層体４の軸方向（鉛直方向）の中間部に配設され、好ましくは、図１に示すように、積層体４の上端部から下端部まで延在している。また、センサ５は、積層体４の被覆ゴム４２の外周面に接着剤を介して接着されており、少なくとも積層体４のせん断変形時に剥離しない程度の接着強度で接着されている。また、上記したセンサ５は、絶縁性を有する図示せぬ防護部材で被覆されていることが好ましい。
【００３１】
また、図１、図４に示すように、積層体４の外周面には、複数のセンサ５が周方向に並設されている。具体的に説明すると、センサ５は、積層体４の周囲の８つの方角にそれぞれ独立して設置されている。つまり、積層体４の外周面のうち、水平方向の一方向（Ｘ方向）の両側の位置及び該一方向に直交する水平方向の他方向（Ｙ方向）の両側の位置にそれぞれ配設されていると共に、それらの位置の周方向中間部分の位置にそれぞれ配設されている。
【００３２】
また、複数のセンサ５の電極５１、５２（図３に示す）は、それぞれ配線６０を介してデータロガー６に電気的に接続されている。このデータロガー６は、複数のセンサ５で検出した電極５１、５２間の電位差（電圧）をデジタルデータでそれぞれ保存する記録装置である。このデータロガー６の電源には電池が用いられており、この電池を電源として上記した一対の電極５１、５２に初期電荷が付与される。また、データロガー６は、外部に配設された図示せぬモニタリング装置に無線で接続されており、データロガー６で記録されたデジタルデータは図示せぬモニタリング装置に転送される。
【００３３】
次に、上記した免震装置１の製造方法について説明する。
【００３４】
まず、下側端板２、上側端板３及び積層体４からなる免震装置本体１０（図５に示す）を製造する。詳しく説明すると、下側端板２上に未加硫のゴム板（軟質板４０）と硬質板４１とを交互に積層した後、これらの積層体の外周面に未下流の被覆ゴム４２を巻き付け、最後に上側端板３を載せる。その後、下側端板２と上側端板３とで挟まれた積層体を図示せぬ加硫釜の中に配置した後、硫黄等の加硫剤を加えると共に熱と圧力を加えて加硫工程を行う。これにより、軟質板４０と被覆ゴム４２が一体に形成されると共に、軟質板４０及び被覆ゴム４２が下側端板２、上側端板３及び複数の硬質板４１に対して強固に接着される。以上により、免震装置本体１０が完成する。
【００３５】
また、帯状のガイドシート１１（図５に示す）を用意し、そのガイドシート１１の裏側の粘着面１１ａに複数のセンサ５をガイドシート１１の長さ方向に間隔をあけてそれぞれ貼着する。上記したガイドシート１１は、積層体４の外周面に巻き付け可能な可撓性を有するシートである。複数のセンサ５は、積層体４の外周面への設置間隔と等しい間隔をあけて配置する。なお、複数のセンサ５は、ガイドシート１１の粘着面１１ａに対して剥離可能に仮着されている。
【００３６】
次に、図５に示すように、複数のセンサ５が貼着された粘着面１１ａを内周側にしてガイドシート１１を積層体４の外周面に巻き付ける。このとき、複数のセンサ５の裏面（電極５１の表面）に接着剤を塗布しておき、ガイドシート１１を積層体４の外周面に巻き付けることで、複数のセンサ５が積層体４の外周面に接着剤を介して接着される。
【００３７】
次に、積層体４の外周面に巻き付けたガイドシート１１を除去する。このとき、複数のセンサ５は、ガイドシート１１の粘着面１１ａに仮着されているだけであり、また、積層体４の外周面に接着剤を介して強固に接着されているので、ガイドシート１１を除去したときガイドシート１１から複数のセンサ５が剥離され、複数のセンサ５は積層体４の外周面に接合された状態となる。
なお、絶縁性及び適度な追従性を有するガイドシート１１であれば除去しなくてもよい。この場合、ガイドシート１１に、配線６０としてプリント配線を形成してもよく、或いは、センサ５を防護する防護部材としてガイドシート１１を利用することも可能である。また、ガイドシート１１を除去しない場合には、ガイドシート１１の表面（粘着面１１ａの反対側の面）に複数のセンサ５を強固に接着させ、複数のセンサ５が貼着された面を外周側にしてガイドシート１１を積層体４の外周面に巻き付けることも可能である。
【００３８】
次に、データロガー６を用意し、このデータロガー６と複数のセンサ５の電極５１、５２とをそれぞれ配線６０を介して電気的に接続する。
以上により、免震装置１が完成する。
【００３９】
次に、上記した免震装置１の作用について説明する。
【００４０】
図６に示すように、地震等によって積層体４が例えば一方向（Ｘ方向）にせん断変形すると、積層体４の外周面のうちの変形方向側の部分（変形側部分４ａ）が伸張される。このとき、複数のセンサ５のうち、変形方向側に配置されたセンサ５Ａ、つまり、上記した変形側部分４ａに固定されたセンサ５Ａが、積層体４の外周面の変形側部分４ａと共に縦方向に伸張し、積層体４の変位量（せん断変形量）に比例してセンサ５Ａ（誘電性基体５０）の縦長さ寸法が長くなって誘電性基体５０の表面積が拡大すると共に、センサ５Ａの誘電性基体５０の膜厚が薄くなって一対の電極５１、５２間の距離が狭くなる。これにより、一対の電極５１、５２上に、誘電性基体５０の表面積の大きさに比例した電荷が出現する。
【００４１】
続いて、せん断変形した積層体４が元の形状に戻るとき、伸張したセンサ５Ａ（誘電性基体５０）が積層体４の戻り変形に伴い収縮し、誘電性基体５０の表面積が縮小すると共に一対の電極５１、５２間の距離が拡がる。これにより、誘電性基体５０上の電荷の間隔が狭くなると共に電荷が押し出され、その電荷が電気エネルギーとして放出され、一対の電極５１、５２間の電位差が増加する。
【００４２】
上記した一対の電極５１、５２間の電位差は電圧値として検出され、その検出値がデータロガー６に保存され、データロガー６から図示せぬモニタリング装置に転送される。そして、この検出値の変化、つまり発生した電気的エネルギー（発生電圧）に基づいて誘電性基体５０の伸張量（縦長さ寸法の増加量）が計測され、その伸張量に比例するセンサ５のせん断変形量が計測される。
【００４３】
なお、誘電性基体５０の伸張量Δｘは、センサ５Ａによって検出された発生電圧値Ｖから下記の数式（１）で算出される。
【００４４】
【数１】
【００４５】
このとき、γは誘電性基体５０のポアソン比であり、ε０は真空中の誘電率であり、εｒは材料の比誘電率であり、Ｅ０はヤング率であり、ｄは誘電性基体５０の厚さ寸法である。
【００４６】
また、複数のセンサ５で計測される各計測値と各センサ５の設置位置情報に基づいて積層体４の変形方向が検知される。すなわち、図６に示すように、積層体４がせん断変形するとき、その変形方向に配設されたセンサ５Ａの誘電性基体５０の表面積が拡大し、変形方向に直交する方向に配設されたセンサ５Ｂの誘電性基体５０の表面積は拡大しない。したがって、積層体４のせん断変形に伴い誘電性基体５０の表面積が拡大したセンサ５Ａの設置位置を検出することで積層体４の変形方向が判別される。
【００４７】
上記した免震装置１によれば、センサ５によって計測した積層体４のせん断変形量を蓄積することで、積層体４の変位履歴を取得することができる。また、時間に対する積層体４のせん断変形量の波形を取ることで積層体４の変形加速度も取得することができる。そして、これらの情報に基づいて、積層体４の劣化度（疲労具合）を推定して積層体４の健全性を評価することができる。
【００４８】
特に、上記した免震装置１では、複数のセンサ５が周方向に並設されており、積層体４のせん断変形に伴い誘電性基体５０の表面積が拡大したセンサ５Ａの設置位置を検出することで積層体４の変形方向が判別されるので、積層体４の健全性をより詳細に評価することができる。
【００４９】
また、センサ５によって積層体４のせん断変形量が計測され、その定量的な値に基づいて積層体４の健全性が評価されるので、正確な評価を容易に行うことができ、健全性評価の信頼性を向上させることができる。
【００５０】
また、上記したセンサ５は単純な構造であり、耐久性に優れているので、厳しい環境下においても長期間に亘って使用可能であり、メンテナンスの手間とコストを低減させることができ、また、防護や養生等も軽減することが可能である。また、上記したセンサ５は大量生産（ロール生産等）によって安価に製作でき、また、積層体４の外周部に設置するだけなので、多数の免震装置１に対してセンサ５を設置しても、その手間やコストは低く抑えることができる。このように、家電並みの手頃さでセンサ５を設置することができる。
【００５１】
また、上述したように、センサ５を安価及び容易に設置することができると共にメンテナンスの手間とコストが軽減されるので、例えば免震構造物の全ての免震装置１に対して健全性を評価することが経済的にも実現可能である。そして、個々の免震装置１についてそれぞれ健全性を評価することで、各免震装置１の健全性を正確に把握することができ、免震構造物に対する信頼性を向上させることができる。
【００５２】
また、上記した免震装置１では、センサ５の計測値をデジタルデータで取り扱い可能であるので、データの保存や管理、解析等が行い易い。しかも、計測値がデータロガー６から図示せぬモニタリング装置に無線で転送されるので、免震装置１の設置場所まで行かなくても免震装置１の健全性の評価を行うことができる。したがって、積層体４の健全性の評価の作業能率を向上させることができ、常時モニタリングも可能である。
【００５３】
さらに、上記した免震装置１では、センサ５に付与する初期電荷の電源をデータロガー６の電源（電池）から取っているので、外部から電源供給を行う必要がなく、外部に接続する電気配線を省略することができる。しかも、上記したセンサ５では、初期電荷を付与するだけでよいので、消費電力を抑えることができ、ランニングコストを低減させることができる。
【００５４】
また、電歪ポリマーからなる誘電性基体５０を一対の電極５１、５２で挟み込んだ構成のセンサ５は、最大で３００％〜４００％まで伸張可能であるので、表面ひずみが最大で３００％程度（変形ひずみが最大で４５０％程度）の積層体４のせん断変形にも追従することが可能である。
【００５５】
また、上記した免震装置１の製造方法によれば、ガイドシート１１を積層体４の外周面に巻き付けるだけで、積層体４の外周部に複数のセンサ５が一括で取り付けられる。また、複数のセンサ５を個別に位置合わせして所定間隔に配置する必要がなく、複数のセンサ５が、正確且つ容易に所定間隔で配置される。したがって、複数のセンサ５の位置精度を向上させることができると共に、センサ５の設置作業の効率を向上させることができる。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本発明は、既存の免震装置に対してセンサ５を後付けで設置することも可能である。
また、本発明は、積層体が斜めに傾けて設置され、積層体が水平面に対して傾斜した方向にせん断変形する構成であってもよい。
【００５７】
また、上記した実施の形態では、接着剤を介してセンサ５を積層体４の外周面に接着しているが、本発明は、他の方法に積層体４の外周部にセンサ５を設置することも可能である。例えば、センサ５と共に積層体４を一体加硫することで、センサ５を積層体４の外周部に加硫接着することも可能である。これにより、センサ５が積層体４の外周部に確実かつ強固に固定されるので、積層体４からのセンサ５の剥離を防止することができる。なお、センサ５を加硫接着で積層体４に設置する場合、積層体４の被覆ゴム４２の外周面にセンサ５が設置されていなくてもよく、例えば、被覆ゴム４２内にセンサ５が埋設されていてもよい。
【００５８】
また、上記した実施の形態では、積層体４の外周面に８つのセンサ５が周方向に均等に並設されているが、本発明は、センサ５の数量や位置は適宜変更可能である。例えば、４つのセンサ５を周方向に均等配置してもよく、或いは、積層体４の外周面のうち、片側の面だけにセンサ５を配設してもよい。また、複数のセンサ５が間をあけずに連続的に設置されていてもよく、或いは、一枚のセンサが積層体４の外周面に巻き付けられていてもよい。
【００５９】
また、上記した実施の形態では、矩形状のセンサ５が用いられているが、本発明は、センサ５の形状は適宜変更可能であり、例えば、センサが正方形や円形、多角形に形成されていてもよい。
【００６０】
その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１ 免震装置
４ 積層体
５ センサ
１１ ガイドシート
５０ 誘電性基体
５１ 電極
５２ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層体を備えた免震装置、その免震装置の製造方法、及びその免震装置の変形履歴を検出するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建物本体などの上部構造と基礎などの下部構造との間に免震装置が介装された免震構造物が普及し始めている。前記した免震装置として、従来、上部構造を下部構造に対して相対的に水平移動可能に支持する積層体を備えた免震装置が広く知られている。この免震装置は、下部構造に固定される下側端板と上部構造に固定される上側端板との間に積層体が介在された構成からなる。また、上記した積層体は、軟質板と硬質板を交互に積層した構成からなり、相対的に鉛直剛性が高くて水平剛性が低い柱状体である。このような積層体を備える免震装置によれば、地震や暴風時等に、積層体が水平方向にせん断変形するため、上部構造の固有周期が長くなり、上部構造が受ける地震応力が緩和される。また、積層体の鉛直剛性が大きいため、上部構造の荷重を受けても積層体の沈み込みが小さく抑えられ、上部構造を長期的に安定支持することができる。
【０００３】
ところで、上記した免震建築物が大地震を経験した場合に、地震後の積層体の健全性を評価することが望ましい。そこで、従来、地震後の積層体の外観を目視評価したり、地震動の記録などから建物が経験した振動を応答解析して積層体の変形量を推定したり積層体の変形後のずれ量を計測したりして、経験的判断に基づいて地震後の積層体の健全性を評価している。また、従来、研究開発目的で、加速度計や変位計、ひずみ計などを積層体、若しくはその周辺に配置し、それらの計測機器で地震時における免震装置の変位等を計測したり、また、積層体をビデオカメラ等で撮影、録画して映像を解析したりする場合もある。
【０００４】
また、近年、例えば下記特許文献１に記載されているような、地震時における積層体内での亀裂等の発生及び進展を検出する技術が提案されている。この技術は、積層体にＡＥセンサを設置し、このＡＥセンサで検出されたＡＥ信号をＡＥ分析器で分析することで、積層体内での亀裂等の発生及び進展を検出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６４０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した外観目視や振動応答解析による推定、ずれ量の計測などの評価方法は、定量的な判断でなく、経験的判断に基づく判断であるため、その評価の正確性を確保するのが難しいという問題がある。
【０００７】
また、加速度計やビデオカメラ等の計測機器を用いて免震装置の健全性を評価する上記した従来の方法では、多数の配線や機器が必要であってシステムが大掛かりになるため、その設置にコストと手間がかかるという問題がある。したがって、上記した計測機器を全ての免震装置に対して設置せず、予め選定された免震装置に対してだけ加速度計等を設置するのが一般的であり、計測対象以外の免震装置の積層体の健全性については正確に評価することが難しい。また、免震装置の積層体は、変形ひずみが最大で４５０％程度となり、表面ひずみが最大で３００％程度になるが、従来のひずみ計ではそのような大ひずみを計測することができない。
【０００８】
また、上記した計測機器は精密機械であり、例えば３０年以上の長期間に亘って計測するだけの耐久性はないので、定期的に保守点検したり交換したりする必要がある。よって、計測機器のメンテナンスに手間とコストがかかるという問題がある。特に、免震装置が設置される建物の基礎部分は、温度変化や湿気、埃など精密機械にとって好ましい環境下ではないので、計測機器の養生や防護を設ける必要があり、コストや手間がかかるという問題がある。
【０００９】
また、ＡＥセンサを用いて積層体の健全性を評価する方法では、地震時における積層体の変形量を計測するものではないので、積層体の健全性を正確に評価することはできないという問題がある。つまり、ＡＥセンサは、積層体に実際に発生した亀裂等の欠陥を検出するものであるので、積層体に欠陥が生じていなければ、積層体の疲労具合を検出することができない。
【００１０】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、メンテナンスの手間がかからず、低コストで正確に積層体の健全性を評価することができる免震装置と、その免震装置の製造方法と、その免震装置に用いるセンサとを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る免震装置は、せん断変形可能な積層体を備えた免震装置において、前記積層体の外周部に、該積層体のせん断変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、該誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、前記一対の電極間の電位差を検出して前記誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて前記積層体のせん断変形量を計測するセンサが設置されていることを特徴としている。
【００１２】
このような特徴により、積層体がセンサの方向にせん断変形すると、そのせん断変形に伴いセンサ（誘電性基体）が伸張し、積層体の変位量（せん断変形量）に比例してセンサの長さが長くなって誘電性基体の表面積が拡大すると共に、誘電性基体の厚さが薄くなって一対の電極間の距離が狭くなる。これにより、一対の電極上に、誘電性基体の表面積の大きさに比例した電荷が出現する。続いて、せん断変形した積層体が元の形状に戻るとき、伸張したセンサ（誘電性基体）が積層体の戻り変形に伴い収縮し、誘電性基体の表面積が縮小するとともに一対の電極間の距離が拡がる。その結果、誘電性基体上の電荷の間隔が狭くなると共に電荷が押し出されて電気エネルギーとして放出され、一対の電極間の電位差が増加する。そして、この一対の電極間の電位差の変化に基づいて誘電性基体の伸張量が計測され、その伸張量に比例する積層体のせん断変形量が計測される。
【００１３】
また、本発明に係る免震装置は、前記積層体の外周部に、複数の前記センサが周方向に並設されていることが好ましい。
これにより、複数のセンサで計測される各計測値と各センサの設置位置情報に基づいて積層体の変形方向が検知される。すなわち、積層体がせん断変形するとき、その変形方向に配設されたセンサの誘電性基体の表面積が拡大し、変形方向に直交する方向に配設されたセンサの誘電性基体の表面積は拡大しない。したがって、積層体のせん断変形に伴い誘電性基体の表面積が拡大したセンサの設置位置を検出することで積層体の変形方向が判別される。
【００１４】
また、本発明に係る免震装置の製造方法は、せん断変形可能な積層体が備えられ、該積層体の外周部に、該積層体のせん断変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、該誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、前記一対の電極間の電位差を検出して前記誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて前記積層体のせん断変形量を計測する複数のセンサが設置された免震装置の製造方法であって、複数の前記センサを、帯状のガイドシートの一方の面に該ガイドシートの長さ方向に間隔をあけてそれぞれ貼着させておき、該ガイドシートを前記積層体の外周面に巻き付けることを特徴としている。
【００１５】
このような特徴により、積層体の外周部に複数のセンサが一括で取り付けられる。また、複数のセンサを個別に位置合わせして所定間隔に配置する必要がなく、複数のセンサが、正確且つ容易に所定間隔で配置される。
【００１６】
また、本発明に係るセンサは、被検体に設置されて該被検体の変形量を計測するセンサであって、前記被検体の変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、該誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、前記一対の電極間の電位差を検出して前記誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて前記被検体の変形量を計測することを特徴としている。
【００１７】
このような特徴により、被検体が変形すると、その変形に伴い誘電性基体が伸張され、誘電性基体の表面積が拡大するとともに一対の電極間の距離が狭くなり、一対の電極上に電荷が現れる。続いて、被検体が元の形状に戻るとき、その戻り変形に伴い誘電性基体が収縮し、誘電性基体の表面積が縮小するとともに一対の電極間の距離が拡がり、一対の電極間の電位差が増加する。そして、この一対の電極間の電位差の変化に基づいて誘電性基体の伸張量が計測され、その伸張量に基づいて被検体の変形量が計測される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る免震装置によれば、センサによって計測した計測結果（積層体のせん断変形量）を蓄積することで積層体の変位履歴（載荷履歴）を取得することができ、また、時間に対する積層体のせん断変形量の波形を取ることで積層体の変形加速度も取得することができる。そして、これらの情報に基づいて、積層体の劣化度（疲労具合）を推定して積層体の健全性を評価することができる。
また、センサによって積層体の変形量が計測され、その定量的な値に基づいて積層体の健全性が評価されるので、正確な評価を容易に行うことができ、健全性評価の信頼性を向上させることができる。
【００１９】
また、上記したセンサは単純な構造であり、耐久性に優れているので、厳しい環境下においても長期間に亘って使用可能であり、メンテナンスの手間とコストを低減させることができ、また、防護や養生等も軽減することが可能である。また、上記したセンサは大量生産（ロール生産等）によって安価に製作でき、また、積層体の外周部に設置するだけなので、多数の免震装置に対してセンサを設置しても、その手間やコストは低く抑えることができる。したがって、例えば免震構造物の全ての免震装置に対して健全性を評価することが経済的にも実現可能であり、そして、個々の免震装置についてそれぞれ健全性を評価することで、各免震装置の健全性を正確に把握することができ、免震構造物に対する信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための免震装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態を説明するための免震装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態を説明するためのセンサの部分断面図である。
【図４】図２に示すＡ−Ａ間の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態を説明するための免震装置の製造工程を表した斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態を説明するためのせん断変形時の免震装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る免震装置、免震装置の製造方法及びセンサの実施の形態について、図面に基いて説明する。
【００２２】
図１に示す免震装置１は、基礎等の図示せぬ下部構造と建物本体等の図示せぬ上部構造との間に介装され、上部構造を下部構造に対して相対的に水平移動可能に支持する装置である。この免震装置１の概略構成としては、図１、図２に示すように、下部構造に固定される下側端板２と、上部構造に固定される上側端板３と、下側端板２と上側端板３の間に介在された積層体４と、積層体４の外周部に設置された複数のセンサ５と、を備えている。
【００２３】
下側端板２及び上側端板３は、例えば平面視円形の鋼板であり、上下に対向して配置されている。また、下側端板２及び上側端板３は、それぞれ積層体４の断面形状よりも大径に形成されており、これら下側端板２及び上側端板３の各外周部は、全周に亘って積層体４の径方向外側に向けて突出されている。また、下側端板２及び上側端板３は、例えばアンカーボルト等を介して下部構造や上部構造に固定されるプレートであり、下側端板２及び上側端板３の各外周部には、周方向に間隔をあけて複数のボルト孔２０、３０が形成されている。
【００２４】
図２に示すように、積層体４は、複数の軟質板４０と硬質板４１とが交互に積層された積層構造の柱状体であり、水平方向にせん断変形可能な略円柱形状に形成されている。この積層体４の外周部には、上記した軟質板４０及び硬質板４１の外周を被覆する被覆ゴム４２が全周に亘って形成されている。軟質板４０と被覆ゴム４２とは、一体に形成された弾性変形可能な加硫ゴムからなり、上記した複数の硬質板４１と共に未加硫の軟質板４０及び被覆ゴム４２を加硫させることで、軟質板４０及び被覆ゴム４２と複数の硬質板４１とが加硫接着されている。
なお、上記した軟質板４０及び被覆部４２はゴム以外であってもよく、例えば軟質樹脂で形成することも可能である。また、上記した硬質板４１は、鋼板以外であってもよく、例えば硬質樹脂からなる板材であってもよい。
【００２５】
上記した構成の積層体４は、鉛直剛性が高くて鉛直方向に沈みにくく、且つ水平剛性が低くて水平方向にせん断変形しやすい。具体的には、積層体４の鉛直剛性が水平剛性の約３万倍程度大きくなっており、積層体４の水平方向の最大変形ひずみは、３００〜４５０％程度となっている。なお、前記した「変形ひずみ」は、複数の軟質板４０の高さ寸法ｈの合計値に対する積層体４の水平方向の変形量の比率である。
【００２６】
センサ５は、積層体４（被検体）の外周面に貼着されたシート状のセンサであり、地震動や暴風時の風荷重等で積層体４がせん断変形したときにそれに追従して伸張され、その伸張量に比例して発生する電気的エネルギーに基づいて積層体４の変形量を計測するセンサである。
【００２７】
具体的に説明すると、センサ５は、電極間に誘電体が挟まれたコンデンサーと同様な構造からなるセンサであって、その概略構成としては、図３に示すように、積層体４のせん断変形に伴い伸張変形する可撓性を有するシート状の誘電性基体５０と、その誘電性基体５０の両面にそれぞれ積層された一対の電極５１、５２と、を備えたサンドイッチ構造を成している。このセンサ５は、一対の電極５１、５２間の電位差を検出し、誘電性基体５０の伸張変形に比例する一対の電極５１、５２間の電位差の変化に基づいて誘電性基体５０の表面積（伸張量）を計測し、その計測値に基づいて積層体４の変形量を算出するものである。
【００２８】
誘電性基体５０は、電歪ポリマーからなる伸縮可能なシート（フィルム）であり、膜面方向に伸張すると膜厚方向に縮小し、膜面方向に収縮すると膜厚方向に拡大する。具体的には、誘電性基体５０は、例えばアクリルやウレタン、シリコンなどの弾性変形可能な誘電エラストマーからなる誘電体膜である。
【００２９】
電極５１、５２は、誘電性基体５０の両面全体を被覆する導電性膜である。この電極５１、５２は、可撓性を有する柔軟な電極であり、誘電性基体５０の伸縮に追従して伸縮変形可能である。具体的には、電極５１、５２は、例えば導電性グリスや、ポリマー材料等に炭素粉末を混合したものからなる。
【００３０】
上記した構成のセンサ５は、少なくとも積層体４の軸方向（鉛直方向）の中間部に配設され、好ましくは、図１に示すように、積層体４の上端部から下端部まで延在している。また、センサ５は、積層体４の被覆ゴム４２の外周面に接着剤を介して接着されており、少なくとも積層体４のせん断変形時に剥離しない程度の接着強度で接着されている。また、上記したセンサ５は、絶縁性を有する図示せぬ防護部材で被覆されていることが好ましい。
【００３１】
また、図１、図４に示すように、積層体４の外周面には、複数のセンサ５が周方向に並設されている。具体的に説明すると、センサ５は、積層体４の周囲の８つの方角にそれぞれ独立して設置されている。つまり、積層体４の外周面のうち、水平方向の一方向（Ｘ方向）の両側の位置及び該一方向に直交する水平方向の他方向（Ｙ方向）の両側の位置にそれぞれ配設されていると共に、それらの位置の周方向中間部分の位置にそれぞれ配設されている。
【００３２】
また、複数のセンサ５の電極５１、５２（図３に示す）は、それぞれ配線６０を介してデータロガー６に電気的に接続されている。このデータロガー６は、複数のセンサ５で検出した電極５１、５２間の電位差（電圧）をデジタルデータでそれぞれ保存する記録装置である。このデータロガー６の電源には電池が用いられており、この電池を電源として上記した一対の電極５１、５２に初期電荷が付与される。また、データロガー６は、外部に配設された図示せぬモニタリング装置に無線で接続されており、データロガー６で記録されたデジタルデータは図示せぬモニタリング装置に転送される。
【００３３】
次に、上記した免震装置１の製造方法について説明する。
【００３４】
まず、下側端板２、上側端板３及び積層体４からなる免震装置本体１０（図５に示す）を製造する。詳しく説明すると、下側端板２上に未加硫のゴム板（軟質板４０）と硬質板４１とを交互に積層した後、これらの積層体の外周面に未下流の被覆ゴム４２を巻き付け、最後に上側端板３を載せる。その後、下側端板２と上側端板３とで挟まれた積層体を図示せぬ加硫釜の中に配置した後、硫黄等の加硫剤を加えると共に熱と圧力を加えて加硫工程を行う。これにより、軟質板４０と被覆ゴム４２が一体に形成されると共に、軟質板４０及び被覆ゴム４２が下側端板２、上側端板３及び複数の硬質板４１に対して強固に接着される。以上により、免震装置本体１０が完成する。
【００３５】
また、帯状のガイドシート１１（図５に示す）を用意し、そのガイドシート１１の裏側の粘着面１１ａに複数のセンサ５をガイドシート１１の長さ方向に間隔をあけてそれぞれ貼着する。上記したガイドシート１１は、積層体４の外周面に巻き付け可能な可撓性を有するシートである。複数のセンサ５は、積層体４の外周面への設置間隔と等しい間隔をあけて配置する。なお、複数のセンサ５は、ガイドシート１１の粘着面１１ａに対して剥離可能に仮着されている。
【００３６】
次に、図５に示すように、複数のセンサ５が貼着された粘着面１１ａを内周側にしてガイドシート１１を積層体４の外周面に巻き付ける。このとき、複数のセンサ５の裏面（電極５１の表面）に接着剤を塗布しておき、ガイドシート１１を積層体４の外周面に巻き付けることで、複数のセンサ５が積層体４の外周面に接着剤を介して接着される。
【００３７】
次に、積層体４の外周面に巻き付けたガイドシート１１を除去する。このとき、複数のセンサ５は、ガイドシート１１の粘着面１１ａに仮着されているだけであり、また、積層体４の外周面に接着剤を介して強固に接着されているので、ガイドシート１１を除去したときガイドシート１１から複数のセンサ５が剥離され、複数のセンサ５は積層体４の外周面に接合された状態となる。
なお、絶縁性及び適度な追従性を有するガイドシート１１であれば除去しなくてもよい。この場合、ガイドシート１１に、配線６０としてプリント配線を形成してもよく、或いは、センサ５を防護する防護部材としてガイドシート１１を利用することも可能である。また、ガイドシート１１を除去しない場合には、ガイドシート１１の表面（粘着面１１ａの反対側の面）に複数のセンサ５を強固に接着させ、複数のセンサ５が貼着された面を外周側にしてガイドシート１１を積層体４の外周面に巻き付けることも可能である。
【００３８】
次に、データロガー６を用意し、このデータロガー６と複数のセンサ５の電極５１、５２とをそれぞれ配線６０を介して電気的に接続する。
以上により、免震装置１が完成する。
【００３９】
次に、上記した免震装置１の作用について説明する。
【００４０】
図６に示すように、地震等によって積層体４が例えば一方向（Ｘ方向）にせん断変形すると、積層体４の外周面のうちの変形方向側の部分（変形側部分４ａ）が伸張される。このとき、複数のセンサ５のうち、変形方向側に配置されたセンサ５Ａ、つまり、上記した変形側部分４ａに固定されたセンサ５Ａが、積層体４の外周面の変形側部分４ａと共に縦方向に伸張し、積層体４の変位量（せん断変形量）に比例してセンサ５Ａ（誘電性基体５０）の縦長さ寸法が長くなって誘電性基体５０の表面積が拡大すると共に、センサ５Ａの誘電性基体５０の膜厚が薄くなって一対の電極５１、５２間の距離が狭くなる。これにより、一対の電極５１、５２上に、誘電性基体５０の表面積の大きさに比例した電荷が出現する。
【００４１】
続いて、せん断変形した積層体４が元の形状に戻るとき、伸張したセンサ５Ａ（誘電性基体５０）が積層体４の戻り変形に伴い収縮し、誘電性基体５０の表面積が縮小すると共に一対の電極５１、５２間の距離が拡がる。これにより、誘電性基体５０上の電荷の間隔が狭くなると共に電荷が押し出され、その電荷が電気エネルギーとして放出され、一対の電極５１、５２間の電位差が増加する。
【００４２】
上記した一対の電極５１、５２間の電位差は電圧値として検出され、その検出値がデータロガー６に保存され、データロガー６から図示せぬモニタリング装置に転送される。そして、この検出値の変化、つまり発生した電気的エネルギー（発生電圧）に基づいて誘電性基体５０の伸張量（縦長さ寸法の増加量）が計測され、その伸張量に比例するセンサ５のせん断変形量が計測される。
【００４３】
なお、誘電性基体５０の伸張量Δｘは、センサ５Ａによって検出された発生電圧値Ｖから下記の数式（１）で算出される。
【００４４】
【数１】
【００４５】
このとき、γは誘電性基体５０のポアソン比であり、ε０は真空中の誘電率であり、εｒは材料の比誘電率であり、Ｅ０はヤング率であり、ｄは誘電性基体５０の厚さ寸法である。
【００４６】
また、複数のセンサ５で計測される各計測値と各センサ５の設置位置情報に基づいて積層体４の変形方向が検知される。すなわち、図６に示すように、積層体４がせん断変形するとき、その変形方向に配設されたセンサ５Ａの誘電性基体５０の表面積が拡大し、変形方向に直交する方向に配設されたセンサ５Ｂの誘電性基体５０の表面積は拡大しない。したがって、積層体４のせん断変形に伴い誘電性基体５０の表面積が拡大したセンサ５Ａの設置位置を検出することで積層体４の変形方向が判別される。
【００４７】
上記した免震装置１によれば、センサ５によって計測した積層体４のせん断変形量を蓄積することで、積層体４の変位履歴を取得することができる。また、時間に対する積層体４のせん断変形量の波形を取ることで積層体４の変形加速度も取得することができる。そして、これらの情報に基づいて、積層体４の劣化度（疲労具合）を推定して積層体４の健全性を評価することができる。
【００４８】
特に、上記した免震装置１では、複数のセンサ５が周方向に並設されており、積層体４のせん断変形に伴い誘電性基体５０の表面積が拡大したセンサ５Ａの設置位置を検出することで積層体４の変形方向が判別されるので、積層体４の健全性をより詳細に評価することができる。
【００４９】
また、センサ５によって積層体４のせん断変形量が計測され、その定量的な値に基づいて積層体４の健全性が評価されるので、正確な評価を容易に行うことができ、健全性評価の信頼性を向上させることができる。
【００５０】
また、上記したセンサ５は単純な構造であり、耐久性に優れているので、厳しい環境下においても長期間に亘って使用可能であり、メンテナンスの手間とコストを低減させることができ、また、防護や養生等も軽減することが可能である。また、上記したセンサ５は大量生産（ロール生産等）によって安価に製作でき、また、積層体４の外周部に設置するだけなので、多数の免震装置１に対してセンサ５を設置しても、その手間やコストは低く抑えることができる。このように、家電並みの手頃さでセンサ５を設置することができる。
【００５１】
また、上述したように、センサ５を安価及び容易に設置することができると共にメンテナンスの手間とコストが軽減されるので、例えば免震構造物の全ての免震装置１に対して健全性を評価することが経済的にも実現可能である。そして、個々の免震装置１についてそれぞれ健全性を評価することで、各免震装置１の健全性を正確に把握することができ、免震構造物に対する信頼性を向上させることができる。
【００５２】
また、上記した免震装置１では、センサ５の計測値をデジタルデータで取り扱い可能であるので、データの保存や管理、解析等が行い易い。しかも、計測値がデータロガー６から図示せぬモニタリング装置に無線で転送されるので、免震装置１の設置場所まで行かなくても免震装置１の健全性の評価を行うことができる。したがって、積層体４の健全性の評価の作業能率を向上させることができ、常時モニタリングも可能である。
【００５３】
さらに、上記した免震装置１では、センサ５に付与する初期電荷の電源をデータロガー６の電源（電池）から取っているので、外部から電源供給を行う必要がなく、外部に接続する電気配線を省略することができる。しかも、上記したセンサ５では、初期電荷を付与するだけでよいので、消費電力を抑えることができ、ランニングコストを低減させることができる。
【００５４】
また、電歪ポリマーからなる誘電性基体５０を一対の電極５１、５２で挟み込んだ構成のセンサ５は、最大で３００％〜４００％まで伸張可能であるので、表面ひずみが最大で３００％程度（変形ひずみが最大で４５０％程度）の積層体４のせん断変形にも追従することが可能である。
【００５５】
また、上記した免震装置１の製造方法によれば、ガイドシート１１を積層体４の外周面に巻き付けるだけで、積層体４の外周部に複数のセンサ５が一括で取り付けられる。また、複数のセンサ５を個別に位置合わせして所定間隔に配置する必要がなく、複数のセンサ５が、正確且つ容易に所定間隔で配置される。したがって、複数のセンサ５の位置精度を向上させることができると共に、センサ５の設置作業の効率を向上させることができる。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本発明は、既存の免震装置に対してセンサ５を後付けで設置することも可能である。
また、本発明は、積層体が斜めに傾けて設置され、積層体が水平面に対して傾斜した方向にせん断変形する構成であってもよい。
【００５７】
また、上記した実施の形態では、接着剤を介してセンサ５を積層体４の外周面に接着しているが、本発明は、他の方法に積層体４の外周部にセンサ５を設置することも可能である。例えば、センサ５と共に積層体４を一体加硫することで、センサ５を積層体４の外周部に加硫接着することも可能である。これにより、センサ５が積層体４の外周部に確実かつ強固に固定されるので、積層体４からのセンサ５の剥離を防止することができる。なお、センサ５を加硫接着で積層体４に設置する場合、積層体４の被覆ゴム４２の外周面にセンサ５が設置されていなくてもよく、例えば、被覆ゴム４２内にセンサ５が埋設されていてもよい。
【００５８】
また、上記した実施の形態では、積層体４の外周面に８つのセンサ５が周方向に均等に並設されているが、本発明は、センサ５の数量や位置は適宜変更可能である。例えば、４つのセンサ５を周方向に均等配置してもよく、或いは、積層体４の外周面のうち、片側の面だけにセンサ５を配設してもよい。また、複数のセンサ５が間をあけずに連続的に設置されていてもよく、或いは、一枚のセンサが積層体４の外周面に巻き付けられていてもよい。
【００５９】
また、上記した実施の形態では、矩形状のセンサ５が用いられているが、本発明は、センサ５の形状は適宜変更可能であり、例えば、センサが正方形や円形、多角形に形成されていてもよい。
【００６０】
その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１ 免震装置
４ 積層体
５ センサ
１１ ガイドシート
５０ 誘電性基体
５１ 電極
５２ 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
せん断変形可能な積層体を備えた免震装置において、
前記積層体の外周部に、該積層体のせん断変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、該誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、前記一対の電極間の電位差を検出して前記誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて前記積層体のせん断変形量を計測するセンサが設置されていることを特徴とする免震装置。
【請求項２】
請求項１に記載の免震装置において、
前記積層体の外周部には、複数の前記センサが周方向に並設されていることを特徴とする免震装置。
【請求項３】
せん断変形可能な積層体が備えられ、
該積層体の外周部に、該積層体のせん断変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、該誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、前記一対の電極間の電位差を検出して前記誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて前記積層体のせん断変形量を計測する複数のセンサが設置された免震装置の製造方法であって、
複数の前記センサを、帯状のガイドシートに該ガイドシートの長さ方向に間隔をあけてそれぞれ貼着させておき、
該ガイドシートを前記積層体の外周面に巻き付けることを特徴とする免震装置の製造方法。
【請求項４】
被検体に設置されて該被検体の変形量を計測するセンサであって、
前記被検体の変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、該誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、
前記一対の電極間の電位差を検出して前記誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて前記被検体の変形量を計測することを特徴とするセンサ。
【請求項１】
せん断変形可能な積層体を備えた免震装置において、
前記積層体の外周部に、該積層体のせん断変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、該誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、前記一対の電極間の電位差を検出して前記誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて前記積層体のせん断変形量を計測するセンサが設置されていることを特徴とする免震装置。
【請求項２】
請求項１に記載の免震装置において、
前記積層体の外周部には、複数の前記センサが周方向に並設されていることを特徴とする免震装置。
【請求項３】
せん断変形可能な積層体が備えられ、
該積層体の外周部に、該積層体のせん断変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、該誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、前記一対の電極間の電位差を検出して前記誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて前記積層体のせん断変形量を計測する複数のセンサが設置された免震装置の製造方法であって、
複数の前記センサを、帯状のガイドシートに該ガイドシートの長さ方向に間隔をあけてそれぞれ貼着させておき、
該ガイドシートを前記積層体の外周面に巻き付けることを特徴とする免震装置の製造方法。
【請求項４】
被検体に設置されて該被検体の変形量を計測するセンサであって、
前記被検体の変形に伴い伸縮変形する可撓性を有する誘電性基体と、該誘電性基体の両面にそれぞれ積層された一対の電極と、を備え、
前記一対の電極間の電位差を検出して前記誘電性基体の伸縮変形による前記電位差の変化に基づいて前記被検体の変形量を計測することを特徴とするセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１２２６５８（Ｐ２０１１−１２２６５８Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８０６２４（Ｐ２００９−２８０６２４）
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【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２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【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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