積層ゴム支承体
【課題】積層ゴム支承体の外径を変更することなく、また、免震建物の固有周期については４秒以上を維持し、二次形状係数は５以上として、さらに高面圧化によって座屈特性等が低下しない積層ゴム支承体を提供する。
【解決手段】複数のゴム板１と鋼板のような金属材からなる硬質板２とを交互に積層し加硫接着してなる免震積層体９と、連結鋼板３ａ、３ｂの上下両側にそれぞれ重ねられ、ボルト５ａ、５ｂを介して連結鋼板３ａ、３ｂ取付けられるフランジ４ａ、４ｂとを備えている。硬質板２およびゴム板１の中央に設けられる中心孔６にはゴム板１と同一のゴム材Ｒが充填されている。積層ゴム支承体の二次形状係数をＳ２、ゴム板１のせん断弾性率をＧ〔Ｎ／ｍｍ２〕としたときに、（ａ）Ｓ２≧５、（ｂ）Ｇ≧０．５の条件を満足する。
【解決手段】複数のゴム板１と鋼板のような金属材からなる硬質板２とを交互に積層し加硫接着してなる免震積層体９と、連結鋼板３ａ、３ｂの上下両側にそれぞれ重ねられ、ボルト５ａ、５ｂを介して連結鋼板３ａ、３ｂ取付けられるフランジ４ａ、４ｂとを備えている。硬質板２およびゴム板１の中央に設けられる中心孔６にはゴム板１と同一のゴム材Ｒが充填されている。積層ゴム支承体の二次形状係数をＳ２、ゴム板１のせん断弾性率をＧ〔Ｎ／ｍｍ２〕としたときに、（ａ）Ｓ２≧５、（ｂ）Ｇ≧０．５の条件を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の免震などに用いられる積層ゴム支承体に係り、特にゴム状弾性体のせん断弾性率を大きくして高面圧化を図ることができる積層ゴム支承体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建築物等の上部構造体及び基礎等の下部構造体間に設けられ、両構造体間の相対的な水平方向の振動エネルギを吸収して上部構造体への振動加速度を低減するために、積層ゴム支承体が使用されている。
【０００３】
このような積層ゴム支承体は、図３に示すように、複数のゴム板１と鋼板のような金属材からなる硬質板（中間鋼板）２とを交互に積層し加硫接着するとともに、上下両側から２枚の硬質板（連結鋼板）３ａ、３ｂで挟持して成るものが知られている（例えば、特許文献１等）。なお、図中、符号４ａ、４ｂは連結鋼板３ａ、３ｂの上下両側にそれぞれ重ねられたフランジ、５ａ、５ｂは連結鋼板３ａ、３ｂとフランジ４ａ、４ｂを連結固定するボルト、符号６は硬質板２およびゴム板１の中央に設けられる製造時の加熱用の中心孔、７はゴム板１と硬質板２の外周面に設けられる保護層、８ａ、８ｂは取付ボルト用穴を示している。
【０００４】
このような積層ゴム支承体の形状を決定する主なパラメーターは、ゴム板１の直径または一辺の長さＤ１とゴム板１の１層あたりの厚さｔＲ、及びゴム板１の積層枚数ｎであり、これらは一次形状係数Ｓ１と二次形状係数Ｓ２としてまとめられる。
【０００５】
一次形状係数Ｓ１は、ゴム板１の拘束面積と自由表面積（側面積）の比として、二次形状係数Ｓ２は、ゴム板１の直径または一辺の長さとゴム層全体の厚さの比としてそれぞれ定義され、以下に示す式で計算される。
【０００６】
Ｓ１＝（Ｄ１−Ｄ２）／４ｔＲ
Ｓ２＝Ｄ１／ｎｔＲ （式１）
但し、ｎはゴム板１の積層枚数、Ｄ２は硬質板２およびゴム板１の中央に設けられる製造時の加熱用の中心孔６の直径を示す。
【０００７】
一次形状係数Ｓ１は、ゴム板１の拘束面積と自由表面積（側面積）の比として、二次形状係数Ｓ２は、ゴム板１の直径または一辺の長さとゴム層全体の厚さの比としてそれぞれ定義され、以下に示す式で計算される。
【０００８】
そして、一次形状係数Ｓ１は、鉛直剛性、回転剛性に関するパラメーターであり、Ｓ１が大きくなるほど、直径に対するゴム層（ゴム板１）の厚さは薄くなり、鉛直剛性や曲げ剛性が大きくなる。また、二次形状係数Ｓ２は、載荷能力や水平剛性に関するパラメーターであり、Ｓ２が大きくなるほど、積層ゴム（ゴム板１）は偏平になり座屈や曲げ変形を起こしにくい形状となる。
【０００９】
このような観点から、従来の積層ゴム支承体においては、安定した積層ゴム支承体とするため、二次形状係数Ｓ２は５以上としている。
【００１０】
一方、近年の建築分野では、効果的な免震構造として免震建物の固有周期をより長周期化する方向が指向されており、地震波の入力に対する出力の収束傾向から、４秒以上の振動周期を有する積層ゴム支承体の使用が、免震特性の点で有効であることが確認されている。
【００１１】
ここで、積層ゴム支承体の水平剛性に基づく免震建物の固有周期Ｔは、式２より与えられ、積層ゴム支承体のゴム板１の外径Ｄを同じとした場合、長周期化を図るには、ゴム板１の面圧（圧縮応力）σを上げるか、ゴム板１を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを下げるか、または積層ゴム支承体の二次形状係数Ｓ２を小さくすることになる。
【００１２】
Ｔ＝２π√{Ｗ／（ＫＨ・ｇ）}≒２π√{（Ｄ・σ）／（Ｓ２・Ｇ・ｇ）} （式２）
但し、Ｗは建物総重量、ＫＨは積層ゴム支承の水平剛性、ｇは重力加速度を示している。
【００１３】
ところで、長周期化の事例として、例えば特開平８−３１２７０４号公報（特許文献１）には、ゴム板１を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを小さくすることにより、すなわち、一次形状係数Ｓ１を２０以上、二次形状係数Ｓ２を５以上で、かつゴム板１を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを４ｋｇｆ／ｃｍ２より小さくすることにより、振動周期が長く、かつ水平ばね定数の面圧依存性が小さくなる積層ゴム支承体が開示され、また、特開２０００−６５１３５号公報（特許文献２）には、ゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを４ｋｇｆ／ｃｍ２〜６ｋｇｆ／ｃｍ２程度とし（段落「０００９」、「表1」）、二次形状係数Ｓ２を５より小さくし、さらにゴム板の外径Ｄと硬質板の厚さｔの比（Ｄ/ｔ）を１５０より小さくすることで、長周期化する構成が開示されている。
【００１４】
一方、積層ゴム支承体の設計においては、近年、設計荷重（面圧）を高くする傾向になってきている。すなわち、積層ゴム支承体は、工事作業性等を考慮して積層ゴム支承体１個の直径を小さくする傾向にある。このため、積層ゴム支承体にかかる建築物の荷重が同じ条件であっても、積層ゴム支承体の直径が小さくなると、積層ゴム支承体の単位面積当たりにかかる荷重は、すなわち面圧は、より大きなものとなる。従って、高面圧下においても良好な免震特性が得られる積層ゴム支承体が求められている。
【００１５】
この点に関し、免震建築物及び免震材料に関する技術基準（平成１２年度建設省告示２００９号及び２０１０号）において、積層ゴム支承体の設計にあたり、積層ゴム支承体の鉛直基準強度は、圧縮限界強度を０.９倍した数値以下の値とし、同積層ゴム支承材の水平基準変形は、鉛直基準強度の１／３に相当する面圧で水平方向に変形させた場合の限界の変形と定められている。ここで、圧縮限界強度σＢは、アイソレータが座屈や破断をすることなく安全に支持できる圧縮応力度と規定されており、式３より算出される。
【００１６】
σＢ＝ζ・Ｇ・Ｓ１・Ｓ２
ζ＝π√{ｋ／８（１＋２ｋＳ１２Ｇ／Ｅｂ）} （式３）
但し、Ｇはゴム板を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率、Ｓ１は一次形状係数、Ｓ２は積層ゴム支承の二次形状係数、ｋはゴムの硬度に応じた補正係数、Ｅｂは体積弾性係数を示している。
【００１７】
この技術基準に基づき、積層ゴム支承体の面圧を高くするには、圧縮限界強度σＢを大きくする必要がある。具体的には、式３より、せん断弾性率Ｇを大きくするか、一次形状係数Ｓ１を大きくするか、または二次形状係数Ｓ２を大きくすることになる。
【００１８】
ここで、１次形状係数Ｓ１を大きくする場合、式１より、ゴム板の外径Ｄ１を大きくするか、ゴム板１の1層あたりの厚みｔＲを薄くすることになるが、ゴム板１の外径Ｄ１を大きくする方法については、積層ゴム支承体自体が大型化することになり、材料費等のコストアップにつながってしまう。また、ゴム板１の外径Ｄ１を大きくすると、硬質板２の外径も合わせて大きくなることから、積層ゴム支承体の重量が重くなってしまう。さらに、設置するスペースの問題から、積層ゴム支承体の外径（ゴム板１の外径Ｄ１）に制約が生じることもあるし、積層ゴム支承体１個の直径を小さくする傾向とは逆になる。また、ゴム板１の１層当りの厚さｔＲを薄くした場合、積層ゴム支承体全体として必要となるゴム厚を確保するために、ゴム板１の総数を増やす必要がある。さらに、積層ゴム支承体は、複数のゴム板１と硬質板２を交互に積層することで形成されるところ、ゴム板１の総数を増やすと、硬質板２の総数も増えることになり、全体として積層ゴム支承体の重量が増加し、コストもアップしてしまう。
【００１９】
次に、式１より、Ｄ２＝０、すなわち、硬質板２およびゴム板１の中央に設けられる製造時の加熱用の中心孔６を無くすことも考えられるが、加熱用の中心孔６は、加熱の他、加硫時のエア抜きのためにも形成されており、また、積層工程から加硫工程に至る各製造段階における中間鋼板の位置決めにも不可欠となっているため、中心孔６を無くす（Ｄ２＝０とする）ことはできない。また、二次形状係数Ｓ２を大きくした場合、座屈や曲げ変形は起こり難くなるが、式２より、免震建屋の固有周期Ｔが短くなってしまうため、Ｓ２を大きくすることにも限度がある。
【００２０】
この点に関し、特開平８−３１２７０４号公報（特許文献１）に開示される積層ゴム支承体においては、長周期化のため、ゴム板１を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを小さくしているが、せん断弾性率Ｇを小さくした場合、ゴム板１の層が低弾性で柔らかくなり、風揺れ等の影響を受けやすくなり、さらにクリープ量の増加を招く虞がある上、圧縮限界強度σＢを大きくして高面圧化する方向とは逆行する。また、特開２０００−６５１３５号公報（特許文献２）に開示される積層ゴム支承体のように、長周期化のため、二次形状係数Ｓ２を５より小さくする構成も、圧縮限界強度σＢを大きくして高面圧化する方向とは逆行する。
【００２１】
このような観点から、座屈や曲げ変形を考慮した積層ゴム支承体の設計においては、二次形状係数Ｓ２を５以上とすることが望まれているところ、特開２０００−６５１３５号公報（特許文献２）に開示される方法では、固有周期Ｔを４秒以上とすることは困難になる。
【００２２】
一方、積層ゴム支承体の高面圧化に対し、免震建物の固有周期Ｔの長周期化や積層ゴム支承体の製作コスト等も考慮して設計する必要がある。また、面圧（圧縮応力）σを上げることによって、クリープ量の増加を招き、より小さな水平剪断変形時において座屈が発生しやすくなるなど座屈特性を低下させる懸念があり、座屈特性を考慮した設計とする必要もある。さらに、鉛直方向の面圧（鉛直荷重をゴム板の面積で除した値）が変わっても水平特性の変化が小さい、すなわち面圧依存性が小さくなるように設計することも要求される。
【００２３】
従って、これらの各要求に鑑みて、二次形状係数Ｓ２を５以上、免震建物の固有周期Ｔを４秒以上とした上で、ゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを大きくして高面圧化を図ることは、従来の方法では困難であり、平成１２年度建設省告示に基づく、圧縮方向の許容応力度（鉛直基準強度の１／３に相当する面圧で水平方向に変形させた場合の限界の変形）は１５Ｎ／ｍｍ２までであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開平８−３１２７０４号公報
【特許文献２】特開２０００−６５１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は、積層ゴム支承体の高面圧化に際し、コストアップ等につながる積層ゴム支承体の外径（ゴム板の外径）を変更することなく、また、免震建物の固有周期については４秒以上を維持し、二次形状係数は５以上として、さらに高面圧化によって座屈特性等が低下しない積層ゴム支承体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】
【００２６】
本発明の第１の態様である積層ゴム支承体は、複数の硬質板とゴム板とを交互に積層一体化してなる積層ゴム支承体において、硬質板およびゴム板の中央に設けられる中心孔にはゴム板と同一または同質のゴム材が充填されており、積層ゴム支承体の二次形状係数をＳ２、ゴム板のせん断弾性率をＧ〔Ｎ／ｍｍ２〕としたときに、（ａ）Ｓ２≧５、（ｂ）Ｇ≧０．５の条件を満足するように構成されているものである。
【００２７】
本発明の第２の態様である積層ゴム支承体は、第１の態様である積層ゴム支承体において、（ｂ）の条件におけるＧが、０.８≧Ｇ≧０.５とされているものである。
【００２８】
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様である積層ゴム支承体において、硬質板の厚さをＴ１、ゴム板の厚さをＴ２としたときに、（ｃ）（Ｔ１／Ｔ２）＞０.５の条件を満足するように構成されているものである。
【００２９】
本発明の第４の態様は、第３の態様である積層ゴム支承体において、（ｃ）の条件における（Ｔ１／Ｔ２）が、１.０≧（Ｔ１／Ｔ２）＞０.５とされているものである。
【００３０】
本発明の第５の態様は、第１の態様乃至第４の態様の何れかの態様である積層ゴム支承体において、硬質板の外周縁側は、ゴム板の外周縁側より径方向外方に突出しているものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の第１の態様乃至第５の態様の積層ゴム支承体によれば、次のような効果がある。
【００３２】
第１に、ゴム板を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを０．５Ｎ／ｍｍ２以上とすることで、圧縮限界強度σＢを大きくすることができ、また、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）が２０Ｎ／ｍｍ２の十分な性能を有する積層ゴム支承体を提供することができ、さらに、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）が２０Ｎ／ｍｍ２となることで、固有周期Ｔが４秒以上の免震建物を提供することができる。
【００３３】
第２に、積層ゴム支承体の形成時に、硬質板とゴム板の中央に設けた中心孔にゴム板と同一または同質のゴム材を充填することで、製造時における中心孔は維持したうえで、建築物を支承する際には、中心孔が無い状態を模擬して１次形状係数Ｓ１を大きくすることができる。また、中心孔へのゴム材の充填により、積層ゴム支承体の変形時においてゴム状弾性が中心孔内にはみ出すことを抑制し、水平剛性の面圧依存性を改善することができる。
【００３４】
第３に、ゴム板の厚さに対する硬質板（中間鋼板）の厚みを０.５超と厚くすることで、硬質板（中間鋼板）に剛性及び強度を持たせ、曲げ変形の抑制と局部的な応力集中の緩和を図り、高面圧化での挙動を安定させ、面圧依存性を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例における積層ゴム支承体の断面図。
【図２】理論式より求めた圧縮限界曲線と圧縮せん断試験及びオフセットせん断圧縮試験の測定結果の比較を示す説明図
【図３】従来における積層ゴム支承体の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の積層ゴム支承体の好ましい実施の形態例について、図面を参照して説明する。
【００３７】
図１は本発明における積層ゴム支承体の一実施例の断面図を示している。なお、同図において、図３と同一の部分には同一の符号が付されている。
【００３８】
図１において、本発明の積層ゴム支承体は、複数のゴム板１と鋼板のような金属材からなる硬質板（中間鋼板）２とを交互に積層し加硫接着してなる免震積層体９と、免震積層体９の上下両側に当該免震積層体９を挟持するように配置される連結鋼板３ａ、３ｂと、連結鋼板３ａ、３ｂの上下両側にそれぞれ重ねられ、ボルト５ａ、５ｂを介して連結鋼板３ａ、３ｂ取付けられるフランジ４ａ、４ｂとを備えている。
【００３９】
なお、図中、符号６は、硬質板２およびゴム板１の中央に設けられる製造時の加熱用の中心孔、８ａ、８ｂはフランジ４ａ、４ｂの外周縁側に円周方向に沿って等間隔で設けられた取付ボルト穴を示している。
【００４０】
このような構成の積層ゴム支承体は、下部側のフランジ４ｂを介して例えば基礎等の下部構造体１０ｂに取付けられ、上部側のフランジ４ａを介して例えば建築物等の上部構造体１０ａに取付けられる。
【００４１】
ここで、本実施例においては、免震積層体９としていわゆる中間鋼板露出型のものが使用されている。具体的には、硬質板２の外周縁側が荷重を支えるゴム板１の外周縁側より径方向外方に突出するように配置されている。このような中間鋼板露出型の免震積層体によれば、各ゴム層（ゴム板１）および中間鋼板（硬質板２）の整列が人目でわかるため、品質管理が容易となり、また、成型時の熱伝導が従来に比べて均一化されるため、各ゴム層（ゴム板１）に加わる熱履歴が均質化され、良好な特性と接着性能を得ることができる。さらに、安定した形状との相乗効果により、積層ゴム（ゴム板１）の命である荷重支承能力、安定した変形、および水平剛性のきわめて少ない依存性を実現させることができる。
【００４２】
また、当該免震積層体９の外周には、必要により、長期耐久性に優れた合成ゴムの後巻き等により形成される保護層７を設けることができる。このような保護層７を設けた場合には、酸素、紫外線、オゾンおよび湿度等の劣勢因子から保護し、耐久性を更に向上させることができる。
なお、保護層７は、後から別途取り付けるため、中間鋼板露出型による免震積層体の効果は損なわれない。
【００４３】
次に、従来の問題点をクリアし、圧縮特性を改良した高面圧タイプの積層ゴム支承体を提供するための構成について説明する。
【００４４】
先ず、本発明においては、積層ゴム支承体の高面圧化に際し、圧縮限界強度σＢの算出式における各パラメータの調整に加えて、次のような構成が付加されている。
【００４５】
第１に、二次形状係数Ｓ２を５以上とした上で、ゴムのせん断弾性率Ｇを０．５Ｎ／ｍｍ２以上、具体的には、免震建物の固有周期Ｔ等を考慮してゴムのせん断弾性率Ｇが０.５Ｎ／ｍｍ２〜０.８Ｎ／ｍｍ２にまで引き上げられている。ここで、ゴムのせん断弾性率Ｇを０.５Ｎ／ｍｍ２以上としたのは、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）２０Ｎ／ｍｍ２を確保するためである。また、ゴムのせん断弾性率Ｇが０.８Ｎ／ｍｍ２以下としたのは、Ｇが０.８Ｎ／ｍｍ２を超えると、ゴム板１（ばね）が硬くなることで、固有周期Ｔが短くなり、応答特性が悪くなるからである。
【００４６】
このように、ゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを上げることにより、圧縮限界強度σＢを大きくすることができる。
【００４７】
第２に、本発明においては、免震支承体の中心孔６にゴム板１と同一のゴム材Ｒが充填されている。すなわち、本発明における免震支承体は円筒状の金型内に、ゴム板１と硬質板２（中間鋼板）を積層し、一体に成型、加硫接着して形成されるところ、上述したように、製造時（加硫）の加熱、積層工程から加硫工程に至る各製造段階における硬質板２（中間鋼板）の位置決めの際に中心孔６が設けられている。そして、ゴム板１と硬質板２（中間鋼板）の位置決め後、中心孔６から金型のスライドピン（不図示）を抜くことにより当該中心孔６にゴム材Ｒを充填することができる。
【００４８】
このように、本発明においては、建築物を支承する際には、中心孔６が無い状態を模擬して１次形状係数Ｓ１を大きくしている。また、中心孔６へのゴム材Ｒの充填により、積層ゴム支承体の変形時においてゴム状弾性が中心孔６内にはみ出すことを抑制し、水平剛性の面圧依存性を改善することができる。
【００４９】
第３に、本発明においては、ゴム板１の厚さＴ２に対する硬質板２（中間鋼板）の厚さＴ１の比を大きくすることで、すなわち、硬質板２（中間鋼板）の厚さＴ１を、（Ｔ１／Ｔ２）＞０．５の条件を満足するように構成することで、硬質板２（中間鋼板）に剛性及び強度を持たせ、曲げ変形の抑制と局部的な応力集中の緩和を図り、高面圧化での挙動を安定させ、面圧依存性を小さくすることができる。ここで、ゴム板１の厚さに対する硬質板２（中間鋼板）の厚さの比が０.５以下の場合、高面圧化での挙動が不安定になり、面圧依存性が大きくなってしまう。
【００５０】
上記の（Ｔ１／Ｔ２）は、具体的には、１.０≧（Ｔ１／Ｔ２）＞０．５の条件を満足するように構成することが好ましい。ゴム板１の厚さＴ１に対して硬質板２（中間鋼板）の厚さＴ２の比を１.０超とした場合、硬質板２（中間鋼板）の厚さとゴム板１の厚さの比を１.０以下とした同じ外径の積層ゴム支承体と比べ、積層ゴム支承体の重量が増し、搬送及び据え付け作業効率の低下やコストアップを招いてしまう。特に、ゴム板１と硬質板２（中間鋼板）は２０〜３０層程度を交互に積層するため、硬質板２（中間鋼板）の厚さ増による重量増の影響は大きく、このため、（Ｔ１／Ｔ２）は、０．８５以下とすることがより好ましい。
【００５１】
このように、硬質板２（中間鋼板）の厚さを１.０≧（Ｔ１／Ｔ２）＞０．５の条件を満足するように構成することで、座屈特性の低下を抑えるための最低限の硬質板（中間鋼板）の厚さを設定することができる。
【００５２】
この点に関し、上記の（Ｔ１／Ｔ２）については、「日本建築学会大会学術講演梗概集２０１０年９月」（福岡大学、昭和電線デバイステクノロジー）において、積層ゴム支承体を１５Ｎ／ｍｍ２で、せん断ひずみ±１００〜３００％まで圧縮せん断試験を実施した結果、硬質板（中間鋼板）の厚さ／ゴム板の厚さ、すなわち（Ｔ１／Ｔ２）が０.５超であれば、硬質板（中間鋼板）の厚さが変形性能や座屈性能に影響しないことが報告されている。
【００５３】
また、「日本建築学会大会学術講演梗概集１９９７年９月」（昭和電線電纜）において、硬質板（中間鋼板）の外周縁が露出した積層ゴム支承体と、被覆ゴムで硬質板（中間鋼板）の外周面を被覆した積層ゴム支承体を作製し、水平剛性の面圧依存性を評価し、水平剛性に関して、硬質板（中間鋼板）の外周縁を露出させた構成の方が面圧依存性が小さいことが報告されている。さらに、面圧依存性を改善するには、硬質板（中間鋼板）の外周縁を露出させた構成の積層ゴム支承体が好ましい。
［実施例］
本発明の実施例として、中間鋼板露出型の天然ゴム系積層ゴム支承体を用い、ゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを０．５Ｎ／ｍｍ２とし、中心孔６にゴム材Ｒを充填した直径６００ｍｍの積層ゴム支承体を作製した。また、比較例として、中間鋼板露出型の天然ゴム系積層ゴム支承体を用い、ゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを０．４４Ｎ／ｍｍ２とし、中心孔６を維持した積層ゴム支承体（中心孔６にゴム材Ｒを充填しない積層ゴム支承体）を作製した。
【００５４】
表１には、実施例および比較例の各積層ゴム支承体の概要が示されている。なお、実施例および比較例とも積層ゴム支承体における硬質板２（中間鋼板）は鋼板からなる金属板で形成し、その厚さは３.２ｍｍとし、硬質板２（中間鋼板）の厚さ／ゴム板１の厚さの比、すなわち、（Ｔ１／Ｔ２）を０．７１とした。また、平成１２年度建設省告示に基づく、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）は、実施例が２０Ｎ／ｍｍ２、従来例が１５Ｎ／ｍｍ２となる。さらに、免震建物の固有周期Ｔは実施例が４.３秒、比較例が４秒と要求されている周期時間を満たしている。
【００５５】
これらの実施例および比較例について、圧縮せん断試験とオフセットせん断圧縮試験を実施した。
【００５６】
表２、３には各試験の条件を示す。なお、圧縮せん断試験においては、一定荷重の圧縮荷重を載荷した状態で座屈するまで（水平剛性が０となる）せん断変形を与えた。また、オフセットせん断圧縮試験においては、せん断変形を一定にした状態で圧縮荷重を水平剛性が０となるまで単調に与えた。いずれの試験も試験体へのダメージを考慮して一定の条件で途中停止させている。
【００５７】
【表１】
【００５８】
【表２】
【００５９】
【表３】
【００６０】
「試験結果」
圧縮せん断試験及びオフセットせん断圧縮試験による座屈特性の評価を行なった結果、表２より、比較例の積層ゴム支承体においては、６０〜８０Ｎ／ｍｍ２の高面圧試験において、外観上から座屈の傾向が確認された。一方、実施例の積層ゴム支承体においては、外観上からの座屈傾向は無かった。また、表３より、実施例および比較例とも、せん断ひずみの増加に伴い鉛直面圧は低下する傾向にある。
【００６１】
図２は、理論式より求めた圧縮限界曲線と圧縮せん断試験及びオフセットせん断圧縮試験の測定結果の比較を示している。なお、同図において、長期面圧とは常時作用している面圧をいい、短期面圧とは地震時に想定される面圧で、長期面圧の２倍とされている。
【００６２】
実施例および比較例とも理論上の圧縮限界曲線よりも座屈面圧が高いことが確認できる。これは、本発明の前記の第１、第２の構成並びに必要により前記の第３の構成を組み合わせた相乗効果によるものと考えられる。また、実施例においては、面圧５０Ｎ／ｍｍ２で３７０％以上のせん断ひずみまで座屈しないことから、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）２０Ｎ／ｍｍ２の積層ゴム支承体として十分な性能を有していることがわかる。
【００６３】
以上のように、本発明によれば、積層ゴム支承体の高面圧化に際し、圧縮限界強度σＢの算出式における各パラメータの調整に加えて、前記の第１、第２の構成並びに必要により前記の第３の構成を組み合わせることで、ゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを０．５Ｎ／ｍｍ２以上として、理論上の圧縮限界曲線よりも高い座屈面圧を得ることができる。
【００６４】
また、ゴム板を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを０．５Ｎ／ｍｍ２以上とすることで、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）２０Ｎ／ｍｍ２の十分な性能を備える積層ゴム支承体を提供することができる。
【００６５】
さらに、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）２０Ｎ／ｍｍ２となることで、免震建物の固有周期Ｔが４秒以上を維持できる積層ゴム支承体を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
前述の実施例においては、図面等に示した特定の形態をもって本発明を説明しているが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、次のように構成してもよい。
【００６７】
第１に、前述の実施例においては、硬質板（中間鋼板）の外周縁側が露出したいわゆる中間露出型の積層ゴム支承体について説明しているが、硬質板（中間鋼板）をゴムで被覆したいわゆる被覆型の積層ゴム支承体を用いてもよい。
【００６８】
第２に、前述の実施例においては、中心孔にゴム板と同一のゴム材を充填する場合について述べているが、ゴム板と同質のゴム材を充填してもよい。
【００６９】
第３に、前述の実施例においては、連結鋼板とフランジとを別体で構成しているが、連結鋼板とフランジは一体に構成してもよい。
【００７０】
第４に、硬質板として、前述の実施例においては、鋼板からなる金属板としたが、所要の剛性や耐久性等を有するものであれば、セラミックス、プラスチック等の材料としてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・ゴム板
２・・・硬質板
６・・・中心孔
Ｓ２・・・積層ゴム支承体の二次形状係数
Ｇ・・・ゴム板のせん断弾性率
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の免震などに用いられる積層ゴム支承体に係り、特にゴム状弾性体のせん断弾性率を大きくして高面圧化を図ることができる積層ゴム支承体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建築物等の上部構造体及び基礎等の下部構造体間に設けられ、両構造体間の相対的な水平方向の振動エネルギを吸収して上部構造体への振動加速度を低減するために、積層ゴム支承体が使用されている。
【０００３】
このような積層ゴム支承体は、図３に示すように、複数のゴム板１と鋼板のような金属材からなる硬質板（中間鋼板）２とを交互に積層し加硫接着するとともに、上下両側から２枚の硬質板（連結鋼板）３ａ、３ｂで挟持して成るものが知られている（例えば、特許文献１等）。なお、図中、符号４ａ、４ｂは連結鋼板３ａ、３ｂの上下両側にそれぞれ重ねられたフランジ、５ａ、５ｂは連結鋼板３ａ、３ｂとフランジ４ａ、４ｂを連結固定するボルト、符号６は硬質板２およびゴム板１の中央に設けられる製造時の加熱用の中心孔、７はゴム板１と硬質板２の外周面に設けられる保護層、８ａ、８ｂは取付ボルト用穴を示している。
【０００４】
このような積層ゴム支承体の形状を決定する主なパラメーターは、ゴム板１の直径または一辺の長さＤ１とゴム板１の１層あたりの厚さｔＲ、及びゴム板１の積層枚数ｎであり、これらは一次形状係数Ｓ１と二次形状係数Ｓ２としてまとめられる。
【０００５】
一次形状係数Ｓ１は、ゴム板１の拘束面積と自由表面積（側面積）の比として、二次形状係数Ｓ２は、ゴム板１の直径または一辺の長さとゴム層全体の厚さの比としてそれぞれ定義され、以下に示す式で計算される。
【０００６】
Ｓ１＝（Ｄ１−Ｄ２）／４ｔＲ
Ｓ２＝Ｄ１／ｎｔＲ （式１）
但し、ｎはゴム板１の積層枚数、Ｄ２は硬質板２およびゴム板１の中央に設けられる製造時の加熱用の中心孔６の直径を示す。
【０００７】
一次形状係数Ｓ１は、ゴム板１の拘束面積と自由表面積（側面積）の比として、二次形状係数Ｓ２は、ゴム板１の直径または一辺の長さとゴム層全体の厚さの比としてそれぞれ定義され、以下に示す式で計算される。
【０００８】
そして、一次形状係数Ｓ１は、鉛直剛性、回転剛性に関するパラメーターであり、Ｓ１が大きくなるほど、直径に対するゴム層（ゴム板１）の厚さは薄くなり、鉛直剛性や曲げ剛性が大きくなる。また、二次形状係数Ｓ２は、載荷能力や水平剛性に関するパラメーターであり、Ｓ２が大きくなるほど、積層ゴム（ゴム板１）は偏平になり座屈や曲げ変形を起こしにくい形状となる。
【０００９】
このような観点から、従来の積層ゴム支承体においては、安定した積層ゴム支承体とするため、二次形状係数Ｓ２は５以上としている。
【００１０】
一方、近年の建築分野では、効果的な免震構造として免震建物の固有周期をより長周期化する方向が指向されており、地震波の入力に対する出力の収束傾向から、４秒以上の振動周期を有する積層ゴム支承体の使用が、免震特性の点で有効であることが確認されている。
【００１１】
ここで、積層ゴム支承体の水平剛性に基づく免震建物の固有周期Ｔは、式２より与えられ、積層ゴム支承体のゴム板１の外径Ｄを同じとした場合、長周期化を図るには、ゴム板１の面圧（圧縮応力）σを上げるか、ゴム板１を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを下げるか、または積層ゴム支承体の二次形状係数Ｓ２を小さくすることになる。
【００１２】
Ｔ＝２π√{Ｗ／（ＫＨ・ｇ）}≒２π√{（Ｄ・σ）／（Ｓ２・Ｇ・ｇ）} （式２）
但し、Ｗは建物総重量、ＫＨは積層ゴム支承の水平剛性、ｇは重力加速度を示している。
【００１３】
ところで、長周期化の事例として、例えば特開平８−３１２７０４号公報（特許文献１）には、ゴム板１を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを小さくすることにより、すなわち、一次形状係数Ｓ１を２０以上、二次形状係数Ｓ２を５以上で、かつゴム板１を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを４ｋｇｆ／ｃｍ２より小さくすることにより、振動周期が長く、かつ水平ばね定数の面圧依存性が小さくなる積層ゴム支承体が開示され、また、特開２０００−６５１３５号公報（特許文献２）には、ゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを４ｋｇｆ／ｃｍ２〜６ｋｇｆ／ｃｍ２程度とし（段落「０００９」、「表1」）、二次形状係数Ｓ２を５より小さくし、さらにゴム板の外径Ｄと硬質板の厚さｔの比（Ｄ/ｔ）を１５０より小さくすることで、長周期化する構成が開示されている。
【００１４】
一方、積層ゴム支承体の設計においては、近年、設計荷重（面圧）を高くする傾向になってきている。すなわち、積層ゴム支承体は、工事作業性等を考慮して積層ゴム支承体１個の直径を小さくする傾向にある。このため、積層ゴム支承体にかかる建築物の荷重が同じ条件であっても、積層ゴム支承体の直径が小さくなると、積層ゴム支承体の単位面積当たりにかかる荷重は、すなわち面圧は、より大きなものとなる。従って、高面圧下においても良好な免震特性が得られる積層ゴム支承体が求められている。
【００１５】
この点に関し、免震建築物及び免震材料に関する技術基準（平成１２年度建設省告示２００９号及び２０１０号）において、積層ゴム支承体の設計にあたり、積層ゴム支承体の鉛直基準強度は、圧縮限界強度を０.９倍した数値以下の値とし、同積層ゴム支承材の水平基準変形は、鉛直基準強度の１／３に相当する面圧で水平方向に変形させた場合の限界の変形と定められている。ここで、圧縮限界強度σＢは、アイソレータが座屈や破断をすることなく安全に支持できる圧縮応力度と規定されており、式３より算出される。
【００１６】
σＢ＝ζ・Ｇ・Ｓ１・Ｓ２
ζ＝π√{ｋ／８（１＋２ｋＳ１２Ｇ／Ｅｂ）} （式３）
但し、Ｇはゴム板を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率、Ｓ１は一次形状係数、Ｓ２は積層ゴム支承の二次形状係数、ｋはゴムの硬度に応じた補正係数、Ｅｂは体積弾性係数を示している。
【００１７】
この技術基準に基づき、積層ゴム支承体の面圧を高くするには、圧縮限界強度σＢを大きくする必要がある。具体的には、式３より、せん断弾性率Ｇを大きくするか、一次形状係数Ｓ１を大きくするか、または二次形状係数Ｓ２を大きくすることになる。
【００１８】
ここで、１次形状係数Ｓ１を大きくする場合、式１より、ゴム板の外径Ｄ１を大きくするか、ゴム板１の1層あたりの厚みｔＲを薄くすることになるが、ゴム板１の外径Ｄ１を大きくする方法については、積層ゴム支承体自体が大型化することになり、材料費等のコストアップにつながってしまう。また、ゴム板１の外径Ｄ１を大きくすると、硬質板２の外径も合わせて大きくなることから、積層ゴム支承体の重量が重くなってしまう。さらに、設置するスペースの問題から、積層ゴム支承体の外径（ゴム板１の外径Ｄ１）に制約が生じることもあるし、積層ゴム支承体１個の直径を小さくする傾向とは逆になる。また、ゴム板１の１層当りの厚さｔＲを薄くした場合、積層ゴム支承体全体として必要となるゴム厚を確保するために、ゴム板１の総数を増やす必要がある。さらに、積層ゴム支承体は、複数のゴム板１と硬質板２を交互に積層することで形成されるところ、ゴム板１の総数を増やすと、硬質板２の総数も増えることになり、全体として積層ゴム支承体の重量が増加し、コストもアップしてしまう。
【００１９】
次に、式１より、Ｄ２＝０、すなわち、硬質板２およびゴム板１の中央に設けられる製造時の加熱用の中心孔６を無くすことも考えられるが、加熱用の中心孔６は、加熱の他、加硫時のエア抜きのためにも形成されており、また、積層工程から加硫工程に至る各製造段階における中間鋼板の位置決めにも不可欠となっているため、中心孔６を無くす（Ｄ２＝０とする）ことはできない。また、二次形状係数Ｓ２を大きくした場合、座屈や曲げ変形は起こり難くなるが、式２より、免震建屋の固有周期Ｔが短くなってしまうため、Ｓ２を大きくすることにも限度がある。
【００２０】
この点に関し、特開平８−３１２７０４号公報（特許文献１）に開示される積層ゴム支承体においては、長周期化のため、ゴム板１を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを小さくしているが、せん断弾性率Ｇを小さくした場合、ゴム板１の層が低弾性で柔らかくなり、風揺れ等の影響を受けやすくなり、さらにクリープ量の増加を招く虞がある上、圧縮限界強度σＢを大きくして高面圧化する方向とは逆行する。また、特開２０００−６５１３５号公報（特許文献２）に開示される積層ゴム支承体のように、長周期化のため、二次形状係数Ｓ２を５より小さくする構成も、圧縮限界強度σＢを大きくして高面圧化する方向とは逆行する。
【００２１】
このような観点から、座屈や曲げ変形を考慮した積層ゴム支承体の設計においては、二次形状係数Ｓ２を５以上とすることが望まれているところ、特開２０００−６５１３５号公報（特許文献２）に開示される方法では、固有周期Ｔを４秒以上とすることは困難になる。
【００２２】
一方、積層ゴム支承体の高面圧化に対し、免震建物の固有周期Ｔの長周期化や積層ゴム支承体の製作コスト等も考慮して設計する必要がある。また、面圧（圧縮応力）σを上げることによって、クリープ量の増加を招き、より小さな水平剪断変形時において座屈が発生しやすくなるなど座屈特性を低下させる懸念があり、座屈特性を考慮した設計とする必要もある。さらに、鉛直方向の面圧（鉛直荷重をゴム板の面積で除した値）が変わっても水平特性の変化が小さい、すなわち面圧依存性が小さくなるように設計することも要求される。
【００２３】
従って、これらの各要求に鑑みて、二次形状係数Ｓ２を５以上、免震建物の固有周期Ｔを４秒以上とした上で、ゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを大きくして高面圧化を図ることは、従来の方法では困難であり、平成１２年度建設省告示に基づく、圧縮方向の許容応力度（鉛直基準強度の１／３に相当する面圧で水平方向に変形させた場合の限界の変形）は１５Ｎ／ｍｍ２までであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開平８−３１２７０４号公報
【特許文献２】特開２０００−６５１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は、積層ゴム支承体の高面圧化に際し、コストアップ等につながる積層ゴム支承体の外径（ゴム板の外径）を変更することなく、また、免震建物の固有周期については４秒以上を維持し、二次形状係数は５以上として、さらに高面圧化によって座屈特性等が低下しない積層ゴム支承体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】
【００２６】
本発明の第１の態様である積層ゴム支承体は、複数の硬質板とゴム板とを交互に積層一体化してなる積層ゴム支承体において、硬質板およびゴム板の中央に設けられる中心孔にはゴム板と同一または同質のゴム材が充填されており、積層ゴム支承体の二次形状係数をＳ２、ゴム板のせん断弾性率をＧ〔Ｎ／ｍｍ２〕としたときに、（ａ）Ｓ２≧５、（ｂ）Ｇ≧０．５の条件を満足するように構成されているものである。
【００２７】
本発明の第２の態様である積層ゴム支承体は、第１の態様である積層ゴム支承体において、（ｂ）の条件におけるＧが、０.８≧Ｇ≧０.５とされているものである。
【００２８】
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様である積層ゴム支承体において、硬質板の厚さをＴ１、ゴム板の厚さをＴ２としたときに、（ｃ）（Ｔ１／Ｔ２）＞０.５の条件を満足するように構成されているものである。
【００２９】
本発明の第４の態様は、第３の態様である積層ゴム支承体において、（ｃ）の条件における（Ｔ１／Ｔ２）が、１.０≧（Ｔ１／Ｔ２）＞０.５とされているものである。
【００３０】
本発明の第５の態様は、第１の態様乃至第４の態様の何れかの態様である積層ゴム支承体において、硬質板の外周縁側は、ゴム板の外周縁側より径方向外方に突出しているものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の第１の態様乃至第５の態様の積層ゴム支承体によれば、次のような効果がある。
【００３２】
第１に、ゴム板を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを０．５Ｎ／ｍｍ２以上とすることで、圧縮限界強度σＢを大きくすることができ、また、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）が２０Ｎ／ｍｍ２の十分な性能を有する積層ゴム支承体を提供することができ、さらに、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）が２０Ｎ／ｍｍ２となることで、固有周期Ｔが４秒以上の免震建物を提供することができる。
【００３３】
第２に、積層ゴム支承体の形成時に、硬質板とゴム板の中央に設けた中心孔にゴム板と同一または同質のゴム材を充填することで、製造時における中心孔は維持したうえで、建築物を支承する際には、中心孔が無い状態を模擬して１次形状係数Ｓ１を大きくすることができる。また、中心孔へのゴム材の充填により、積層ゴム支承体の変形時においてゴム状弾性が中心孔内にはみ出すことを抑制し、水平剛性の面圧依存性を改善することができる。
【００３４】
第３に、ゴム板の厚さに対する硬質板（中間鋼板）の厚みを０.５超と厚くすることで、硬質板（中間鋼板）に剛性及び強度を持たせ、曲げ変形の抑制と局部的な応力集中の緩和を図り、高面圧化での挙動を安定させ、面圧依存性を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例における積層ゴム支承体の断面図。
【図２】理論式より求めた圧縮限界曲線と圧縮せん断試験及びオフセットせん断圧縮試験の測定結果の比較を示す説明図
【図３】従来における積層ゴム支承体の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の積層ゴム支承体の好ましい実施の形態例について、図面を参照して説明する。
【００３７】
図１は本発明における積層ゴム支承体の一実施例の断面図を示している。なお、同図において、図３と同一の部分には同一の符号が付されている。
【００３８】
図１において、本発明の積層ゴム支承体は、複数のゴム板１と鋼板のような金属材からなる硬質板（中間鋼板）２とを交互に積層し加硫接着してなる免震積層体９と、免震積層体９の上下両側に当該免震積層体９を挟持するように配置される連結鋼板３ａ、３ｂと、連結鋼板３ａ、３ｂの上下両側にそれぞれ重ねられ、ボルト５ａ、５ｂを介して連結鋼板３ａ、３ｂ取付けられるフランジ４ａ、４ｂとを備えている。
【００３９】
なお、図中、符号６は、硬質板２およびゴム板１の中央に設けられる製造時の加熱用の中心孔、８ａ、８ｂはフランジ４ａ、４ｂの外周縁側に円周方向に沿って等間隔で設けられた取付ボルト穴を示している。
【００４０】
このような構成の積層ゴム支承体は、下部側のフランジ４ｂを介して例えば基礎等の下部構造体１０ｂに取付けられ、上部側のフランジ４ａを介して例えば建築物等の上部構造体１０ａに取付けられる。
【００４１】
ここで、本実施例においては、免震積層体９としていわゆる中間鋼板露出型のものが使用されている。具体的には、硬質板２の外周縁側が荷重を支えるゴム板１の外周縁側より径方向外方に突出するように配置されている。このような中間鋼板露出型の免震積層体によれば、各ゴム層（ゴム板１）および中間鋼板（硬質板２）の整列が人目でわかるため、品質管理が容易となり、また、成型時の熱伝導が従来に比べて均一化されるため、各ゴム層（ゴム板１）に加わる熱履歴が均質化され、良好な特性と接着性能を得ることができる。さらに、安定した形状との相乗効果により、積層ゴム（ゴム板１）の命である荷重支承能力、安定した変形、および水平剛性のきわめて少ない依存性を実現させることができる。
【００４２】
また、当該免震積層体９の外周には、必要により、長期耐久性に優れた合成ゴムの後巻き等により形成される保護層７を設けることができる。このような保護層７を設けた場合には、酸素、紫外線、オゾンおよび湿度等の劣勢因子から保護し、耐久性を更に向上させることができる。
なお、保護層７は、後から別途取り付けるため、中間鋼板露出型による免震積層体の効果は損なわれない。
【００４３】
次に、従来の問題点をクリアし、圧縮特性を改良した高面圧タイプの積層ゴム支承体を提供するための構成について説明する。
【００４４】
先ず、本発明においては、積層ゴム支承体の高面圧化に際し、圧縮限界強度σＢの算出式における各パラメータの調整に加えて、次のような構成が付加されている。
【００４５】
第１に、二次形状係数Ｓ２を５以上とした上で、ゴムのせん断弾性率Ｇを０．５Ｎ／ｍｍ２以上、具体的には、免震建物の固有周期Ｔ等を考慮してゴムのせん断弾性率Ｇが０.５Ｎ／ｍｍ２〜０.８Ｎ／ｍｍ２にまで引き上げられている。ここで、ゴムのせん断弾性率Ｇを０.５Ｎ／ｍｍ２以上としたのは、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）２０Ｎ／ｍｍ２を確保するためである。また、ゴムのせん断弾性率Ｇが０.８Ｎ／ｍｍ２以下としたのは、Ｇが０.８Ｎ／ｍｍ２を超えると、ゴム板１（ばね）が硬くなることで、固有周期Ｔが短くなり、応答特性が悪くなるからである。
【００４６】
このように、ゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを上げることにより、圧縮限界強度σＢを大きくすることができる。
【００４７】
第２に、本発明においては、免震支承体の中心孔６にゴム板１と同一のゴム材Ｒが充填されている。すなわち、本発明における免震支承体は円筒状の金型内に、ゴム板１と硬質板２（中間鋼板）を積層し、一体に成型、加硫接着して形成されるところ、上述したように、製造時（加硫）の加熱、積層工程から加硫工程に至る各製造段階における硬質板２（中間鋼板）の位置決めの際に中心孔６が設けられている。そして、ゴム板１と硬質板２（中間鋼板）の位置決め後、中心孔６から金型のスライドピン（不図示）を抜くことにより当該中心孔６にゴム材Ｒを充填することができる。
【００４８】
このように、本発明においては、建築物を支承する際には、中心孔６が無い状態を模擬して１次形状係数Ｓ１を大きくしている。また、中心孔６へのゴム材Ｒの充填により、積層ゴム支承体の変形時においてゴム状弾性が中心孔６内にはみ出すことを抑制し、水平剛性の面圧依存性を改善することができる。
【００４９】
第３に、本発明においては、ゴム板１の厚さＴ２に対する硬質板２（中間鋼板）の厚さＴ１の比を大きくすることで、すなわち、硬質板２（中間鋼板）の厚さＴ１を、（Ｔ１／Ｔ２）＞０．５の条件を満足するように構成することで、硬質板２（中間鋼板）に剛性及び強度を持たせ、曲げ変形の抑制と局部的な応力集中の緩和を図り、高面圧化での挙動を安定させ、面圧依存性を小さくすることができる。ここで、ゴム板１の厚さに対する硬質板２（中間鋼板）の厚さの比が０.５以下の場合、高面圧化での挙動が不安定になり、面圧依存性が大きくなってしまう。
【００５０】
上記の（Ｔ１／Ｔ２）は、具体的には、１.０≧（Ｔ１／Ｔ２）＞０．５の条件を満足するように構成することが好ましい。ゴム板１の厚さＴ１に対して硬質板２（中間鋼板）の厚さＴ２の比を１.０超とした場合、硬質板２（中間鋼板）の厚さとゴム板１の厚さの比を１.０以下とした同じ外径の積層ゴム支承体と比べ、積層ゴム支承体の重量が増し、搬送及び据え付け作業効率の低下やコストアップを招いてしまう。特に、ゴム板１と硬質板２（中間鋼板）は２０〜３０層程度を交互に積層するため、硬質板２（中間鋼板）の厚さ増による重量増の影響は大きく、このため、（Ｔ１／Ｔ２）は、０．８５以下とすることがより好ましい。
【００５１】
このように、硬質板２（中間鋼板）の厚さを１.０≧（Ｔ１／Ｔ２）＞０．５の条件を満足するように構成することで、座屈特性の低下を抑えるための最低限の硬質板（中間鋼板）の厚さを設定することができる。
【００５２】
この点に関し、上記の（Ｔ１／Ｔ２）については、「日本建築学会大会学術講演梗概集２０１０年９月」（福岡大学、昭和電線デバイステクノロジー）において、積層ゴム支承体を１５Ｎ／ｍｍ２で、せん断ひずみ±１００〜３００％まで圧縮せん断試験を実施した結果、硬質板（中間鋼板）の厚さ／ゴム板の厚さ、すなわち（Ｔ１／Ｔ２）が０.５超であれば、硬質板（中間鋼板）の厚さが変形性能や座屈性能に影響しないことが報告されている。
【００５３】
また、「日本建築学会大会学術講演梗概集１９９７年９月」（昭和電線電纜）において、硬質板（中間鋼板）の外周縁が露出した積層ゴム支承体と、被覆ゴムで硬質板（中間鋼板）の外周面を被覆した積層ゴム支承体を作製し、水平剛性の面圧依存性を評価し、水平剛性に関して、硬質板（中間鋼板）の外周縁を露出させた構成の方が面圧依存性が小さいことが報告されている。さらに、面圧依存性を改善するには、硬質板（中間鋼板）の外周縁を露出させた構成の積層ゴム支承体が好ましい。
［実施例］
本発明の実施例として、中間鋼板露出型の天然ゴム系積層ゴム支承体を用い、ゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを０．５Ｎ／ｍｍ２とし、中心孔６にゴム材Ｒを充填した直径６００ｍｍの積層ゴム支承体を作製した。また、比較例として、中間鋼板露出型の天然ゴム系積層ゴム支承体を用い、ゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを０．４４Ｎ／ｍｍ２とし、中心孔６を維持した積層ゴム支承体（中心孔６にゴム材Ｒを充填しない積層ゴム支承体）を作製した。
【００５４】
表１には、実施例および比較例の各積層ゴム支承体の概要が示されている。なお、実施例および比較例とも積層ゴム支承体における硬質板２（中間鋼板）は鋼板からなる金属板で形成し、その厚さは３.２ｍｍとし、硬質板２（中間鋼板）の厚さ／ゴム板１の厚さの比、すなわち、（Ｔ１／Ｔ２）を０．７１とした。また、平成１２年度建設省告示に基づく、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）は、実施例が２０Ｎ／ｍｍ２、従来例が１５Ｎ／ｍｍ２となる。さらに、免震建物の固有周期Ｔは実施例が４.３秒、比較例が４秒と要求されている周期時間を満たしている。
【００５５】
これらの実施例および比較例について、圧縮せん断試験とオフセットせん断圧縮試験を実施した。
【００５６】
表２、３には各試験の条件を示す。なお、圧縮せん断試験においては、一定荷重の圧縮荷重を載荷した状態で座屈するまで（水平剛性が０となる）せん断変形を与えた。また、オフセットせん断圧縮試験においては、せん断変形を一定にした状態で圧縮荷重を水平剛性が０となるまで単調に与えた。いずれの試験も試験体へのダメージを考慮して一定の条件で途中停止させている。
【００５７】
【表１】
【００５８】
【表２】
【００５９】
【表３】
【００６０】
「試験結果」
圧縮せん断試験及びオフセットせん断圧縮試験による座屈特性の評価を行なった結果、表２より、比較例の積層ゴム支承体においては、６０〜８０Ｎ／ｍｍ２の高面圧試験において、外観上から座屈の傾向が確認された。一方、実施例の積層ゴム支承体においては、外観上からの座屈傾向は無かった。また、表３より、実施例および比較例とも、せん断ひずみの増加に伴い鉛直面圧は低下する傾向にある。
【００６１】
図２は、理論式より求めた圧縮限界曲線と圧縮せん断試験及びオフセットせん断圧縮試験の測定結果の比較を示している。なお、同図において、長期面圧とは常時作用している面圧をいい、短期面圧とは地震時に想定される面圧で、長期面圧の２倍とされている。
【００６２】
実施例および比較例とも理論上の圧縮限界曲線よりも座屈面圧が高いことが確認できる。これは、本発明の前記の第１、第２の構成並びに必要により前記の第３の構成を組み合わせた相乗効果によるものと考えられる。また、実施例においては、面圧５０Ｎ／ｍｍ２で３７０％以上のせん断ひずみまで座屈しないことから、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）２０Ｎ／ｍｍ２の積層ゴム支承体として十分な性能を有していることがわかる。
【００６３】
以上のように、本発明によれば、積層ゴム支承体の高面圧化に際し、圧縮限界強度σＢの算出式における各パラメータの調整に加えて、前記の第１、第２の構成並びに必要により前記の第３の構成を組み合わせることで、ゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを０．５Ｎ／ｍｍ２以上として、理論上の圧縮限界曲線よりも高い座屈面圧を得ることができる。
【００６４】
また、ゴム板を構成するゴム状弾性体のせん断弾性率Ｇを０．５Ｎ／ｍｍ２以上とすることで、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）２０Ｎ／ｍｍ２の十分な性能を備える積層ゴム支承体を提供することができる。
【００６５】
さらに、圧縮方向の許容応力度（長期面圧）２０Ｎ／ｍｍ２となることで、免震建物の固有周期Ｔが４秒以上を維持できる積層ゴム支承体を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
前述の実施例においては、図面等に示した特定の形態をもって本発明を説明しているが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、次のように構成してもよい。
【００６７】
第１に、前述の実施例においては、硬質板（中間鋼板）の外周縁側が露出したいわゆる中間露出型の積層ゴム支承体について説明しているが、硬質板（中間鋼板）をゴムで被覆したいわゆる被覆型の積層ゴム支承体を用いてもよい。
【００６８】
第２に、前述の実施例においては、中心孔にゴム板と同一のゴム材を充填する場合について述べているが、ゴム板と同質のゴム材を充填してもよい。
【００６９】
第３に、前述の実施例においては、連結鋼板とフランジとを別体で構成しているが、連結鋼板とフランジは一体に構成してもよい。
【００７０】
第４に、硬質板として、前述の実施例においては、鋼板からなる金属板としたが、所要の剛性や耐久性等を有するものであれば、セラミックス、プラスチック等の材料としてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・ゴム板
２・・・硬質板
６・・・中心孔
Ｓ２・・・積層ゴム支承体の二次形状係数
Ｇ・・・ゴム板のせん断弾性率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の硬質板とゴム板とを交互に積層一体化してなる積層ゴム支承体において、
前記硬質板および前記ゴム板の中央に設けられる中心孔には前記ゴム板と同一または同質のゴム材が充填されており、
前記積層ゴム支承体の二次形状係数をＳ２、前記ゴム板のせん断弾性率をＧ〔Ｎ／ｍｍ２〕としたときに、
（ａ）Ｓ２≧５
（ｂ）Ｇ≧０．５
の条件を満足するように構成されていることを特徴とする積層ゴム支承体。
【請求項２】
前記（ｂ）の条件におけるＧが、０.８≧Ｇ≧０.５であることを特徴とする請求項１記載の積層ゴム支承体。
【請求項３】
前記硬質板の厚さをＴ１、前記ゴム板の厚さをＴ２としたときに、
（ｃ）（Ｔ１／Ｔ２）＞０.５
の条件を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の積層ゴム支承体。
【請求項４】
前記（ｃ）の条件における（Ｔ１／Ｔ２）が、１.０≧（Ｔ１／Ｔ２）＞０.５であることを特徴とする請求項３記載の積層ゴム支承体。
【請求項５】
前記硬質板の外周縁側は、前記ゴム板の外周縁側より径方向外方に突出していることを特徴とする請求項１乃至請求項４何れか１項記載の積層ゴム支承体。
【請求項１】
複数の硬質板とゴム板とを交互に積層一体化してなる積層ゴム支承体において、
前記硬質板および前記ゴム板の中央に設けられる中心孔には前記ゴム板と同一または同質のゴム材が充填されており、
前記積層ゴム支承体の二次形状係数をＳ２、前記ゴム板のせん断弾性率をＧ〔Ｎ／ｍｍ２〕としたときに、
（ａ）Ｓ２≧５
（ｂ）Ｇ≧０．５
の条件を満足するように構成されていることを特徴とする積層ゴム支承体。
【請求項２】
前記（ｂ）の条件におけるＧが、０.８≧Ｇ≧０.５であることを特徴とする請求項１記載の積層ゴム支承体。
【請求項３】
前記硬質板の厚さをＴ１、前記ゴム板の厚さをＴ２としたときに、
（ｃ）（Ｔ１／Ｔ２）＞０.５
の条件を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の積層ゴム支承体。
【請求項４】
前記（ｃ）の条件における（Ｔ１／Ｔ２）が、１.０≧（Ｔ１／Ｔ２）＞０.５であることを特徴とする請求項３記載の積層ゴム支承体。
【請求項５】
前記硬質板の外周縁側は、前記ゴム板の外周縁側より径方向外方に突出していることを特徴とする請求項１乃至請求項４何れか１項記載の積層ゴム支承体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−２５０９（Ｐ２０１３−２５０９Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２６９０（Ｐ２０１１−１３２６９０）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（３０６０１３１１９）昭和電線デバイステクノロジー株式会社 (118)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（３０６０１３１１９）昭和電線デバイステクノロジー株式会社 (118)
【Ｆターム（参考）】
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