鉛プラグ入り積層ゴム体
【課題】 ハードニング現象が生じない上に、安定な履歴特性を有した積層ゴムを具備した鉛プラグ入り積層ゴム体を提供すること。
【解決手段】 鉛プラグ入り積層ゴム体１は、ゴム弾性層２と硬質板層３とを交互に積層してなる積層ゴム４と、積層ゴム４に拘束されて埋め込まれた鉛プラグ５と、ゴム弾性層２の外周面１２を覆うと共にゴム弾性層２の外周面１２に加硫成形により一体形成された筒状の被覆層１３とを具備している。
【解決手段】 鉛プラグ入り積層ゴム体１は、ゴム弾性層２と硬質板層３とを交互に積層してなる積層ゴム４と、積層ゴム４に拘束されて埋め込まれた鉛プラグ５と、ゴム弾性層２の外周面１２を覆うと共にゴム弾性層２の外周面１２に加硫成形により一体形成された筒状の被覆層１３とを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震支承に用いられて好適な鉛プラグ入り積層ゴム体、特にハードニング現象の生じ難い上に、高い減衰性能と安定した履歴特性とを有した鉛プラグ入り積層ゴム体に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特公平６−２２９５８号公報
【特許文献２】特開２０００−１８２０号公報
【特許文献３】特開２００２−１８８１２２号公報
【０００３】
ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれて積層ゴムに適宜な減衰機能を付与する鉛プラグを有した鉛プラグ入り積層ゴム体は、橋梁用の支承としては勿論のこと他の構造物用の支承として数多く用いられている。
【０００４】
斯かる観点において、特許文献１には、優れた二以上の特性を有する積層構造体を得るために、軟質板の周縁部分と内側部分とを互いに特性の異なる材質から形成することが、特許文献２には、ゴム層における局部的な歪みの発生を抑止し、ゴム層の局部破壊を防止するために、積層体の上下両端面の端部鋼板付近のゴム層の少なくとも周縁部に補強ゴムを配置し、補強ゴムの剪断弾性係数をゴム層の本体ゴムよりも高くすることが、そして、特許文献３には、減衰特性を改良し、且つ耐久性にも優れた橋梁用ゴム支承を提供するために、ゴム層の外周部分を低減衰ゴムにし、内側部分を高減衰ゴムすることが夫々提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、積層ゴムに使用されるゴム材料は、大きく分けて天然ゴムと、等価減衰定数が０．１０以上であって天然ゴムよりも大きな減衰特性を有する高減衰ゴムとに大別される。積層ゴムにおいて、使用されるゴム材料の特性がその性能、耐久性に直接影響し、支承として求められる機能から見た場合、例えば天然ゴムを用いるとハードニングが生じやすい上に比較的オゾン環境に弱い一方、履歴特性の低下が少なく、高減衰ゴムを用いるとハードニングが生じ難いと共に比較的オゾン環境に強い一方、履歴特性の低下が比較的顕著に生じることになる。
【０００６】
特許文献１で提案される積層構造体は、その軟質板の周縁部分と内側部分とを単に互いに特性の異なる材質から形成してなるものであって、相反する特性とされている大変形時においてハードニング現象が生じなく、しかも、大変形後においても変化のない安定な履歴特性を有したものではなく、特許文献２の積層ゴム支承もまた、ゴム層の本体ゴムよりも剪断弾性係数が高い補強ゴムをゴム層の周縁部に配置したものに過ぎないのであって、ハードニング現象をなくして安定な履歴特性を有したものではなく、更に、特許文献３の橋梁用ゴム支承も、ゴム層の外周部分を低減衰ゴムにし、内側部分を高減衰ゴムにして、単に、改良された減衰特性と優れた耐久性を有したものに過ぎないのであって、ハードニング現象をなくして安定な履歴特性を有したものではない。
【０００７】
本発明は、前記諸点に鑑みて、ゴム弾性層において天然ゴムからなる部分と高減衰ゴムからなる部分とが特定の位置関係であって高減衰ゴムからなる部分とゴム弾性層の全体との体積比率が一定の範囲にある場合には大変形時においてハードニング現象が生じなく、しかも、大変形後においても変化のない安定な履歴特性を有した積層ゴムとなることを見出してなされたものであって、したがって、本発明の目的とするところは、上記のようなハードニング現象が生じない上に、安定な履歴特性を有した積層ゴムを具備した鉛プラグ入り積層ゴム体を提供することにある。
【０００８】
本発明による鉛プラグ入り積層ゴム体は、ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれた少なくとも一つの柱状の鉛プラグとを有しており、当該ゴム弾性層の外周側部分が高減衰ゴムからなっており、この外周側部分に囲繞された該ゴム弾性層の内周側部分が天然ゴムからなっており、ゴム弾性層の全体に対してのゴム弾性層の高減衰ゴムからなる外周側部分の体積比率が０．２から０．８であることを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明による鉛プラグ入り積層ゴム体は、ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれた少なくとも一つの柱状の鉛プラグとを有した鉛プラグ入り積層ゴム体であって、当該ゴム弾性層の積層方向に対して直交する方向のうちの一つの方向における一対の外側部分が高減衰ゴムからなっており、この一対の外側部分に挟まれた該ゴム弾性層の内側部分が天然ゴムからなっており、ゴム弾性層の全体に対するゴム弾性層の高減衰ゴムからなる外側部分の体積比率が０．２から０．８であることを特徴とするものである。
【００１０】
更に本発明による鉛プラグ入り積層ゴム体は、ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれた少なくとも一つの柱状の鉛プラグとを有しており、当該ゴム弾性層の鉛プラグを囲む鉛プラグ周囲部分が天然ゴムからなっており、当該鉛プラグ周囲部分を除くゴム弾性層の他の部分が高減衰ゴムからなっており、ゴム弾性層の全体に対してのゴム弾性層の高減衰ゴムからなる部分の体積比率が０．２から０．８であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係る鉛プラグ入り積層ゴム体によれば、少なくとも、ゴム弾性層の積層方向に対して直交する方向のうちの一つの方向における一対の外側部分が高減衰ゴムからなっている一方、この一対の外側部分に挟まれた該ゴム弾性層の内側部分が天然ゴムからなっているために、オゾン環境に比較的弱い天然ゴムからなる内側部分を高減衰ゴムからなる外側部分で保護することができ、しかも、ゴム弾性層の全体に対して０．２から０．８の体積比率の高減衰ゴムからなる外側部分を有しているために、円柱状の鉛プラグと相俟って鉛プラグ入り積層ゴム体の剪断方向（水平方向）の構造物の振動を可及的に速やかに減衰させることができる。
【００１２】
ゴム弾性層に天然ゴムのみを使用した鉛プラグ入り積層ゴム体は、剪断方向の大変形時においてハードニング現象を生じ易い、換言すれば、剪断方向の大きな変形で急激に大きな降伏後剛性ｋｄを現出する（降伏後剛性ｋｄの線形領域が狭い）一方、ゴム弾性層に高減衰ゴムのみを使用した積層ゴム体は、伸び特性が大きく、剪断方向の大変形時においてもハードニング現象を生じ難いのである（降伏後剛性ｋｄの線形領域が広い）が、斯かる鉛プラグ入り積層ゴム体において、高減衰ゴムからなる外側部分がゴム弾性層の全体に対して０．２よりも少ない体積比率となると、高減衰ゴムの大きな伸び特性を十分に利用できなくなってハードニング現象が生じ易くなり、したがって、高減衰ゴムからなる外側部分は、ハードニング現象の効果的な抑制の観点からゴム弾性層の全体に対して０．２以上の体積比率であることが要求されるのである。
【００１３】
また、高減衰ゴムは、その弾性特性に対して繰り返し変形で大きな影響を受け繰り返し変形に対して安定性に欠け、特に大変形後での履歴特性に大きな影響を受ける一方、天然ゴムは、繰り返し変形でも弾性特性にそれ程影響を受けず繰り返し変形に対しては安定な弾性特性を有しているのであるが、鉛プラグ入り積層ゴム体において、高減衰ゴムからなる外側部分がゴム弾性層の全体に対して０．８よりも大きな体積比率となると、天然ゴムの安定な弾性特性よりも高減衰ゴムの安定性に欠けた弾性特性による履歴特性の劣化、換言すれば、剪断方向の等価剛性ｋｅｑを減少させることとなり、したがって、高減衰ゴムからなる外側部分は、繰り返し変形での等価剛性ｋｅｑの維持との観点からゴム弾性層の全体に対して０．８以下の体積比率であることが要求される。
【００１４】
ゴム弾性層の全体に対しての高減衰ゴムからなる外側部分又は外周側部分の体積比率が０．５以下であると、より安定な履歴特性を得ることができる。
【００１５】
本発明において高減衰ゴムのポリマーとしては、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブタジエンゴム若しくはシリコーンゴム等又はこれらの混合物及びこれらと天然ゴムからなる混合物を含むものであって、高減衰ゴムのポリマー以外の材料としては代表例としてカーボンブラック、シリカ又は樹脂が挙げられ、設計歪において０．１０以上、好ましい例では、０．１０から０．２０の等価減衰定数を有するものであり、この場合、天然ゴムは、設計歪において０．０１から０．０６の等価減衰定数を有しているとよい。高減衰ゴム及び天然ゴムには、必要に応じて充填剤、可塑剤、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤等の添加剤が配合されていてもよい。
【００１６】
各ゴム弾性層は、通常、同一厚みを有しているのが好ましいが、異なる厚みを有していてもよく、硬質板層もまた、同一厚みを有していてもよいが、これに代えて、積層方向の両端に配された厚肉硬質板層と、この厚肉硬質板層間においてゴム弾性層と交互に積層された薄肉硬質板層とを含んでいてもよく、斯かる厚肉硬質板層にボルト、ダウエルピン等を介して橋桁を含む構造物及び橋脚を含む基礎等に取り付け板を取り付けるようにしてもよく、厚肉硬質板層を用いない場合等では、ゴム弾性層又は硬質板層に直接に接着剤を介して又はゴム弾性層に加硫接着により取り付け板を取り付けるようにしてもよい。硬質板層としては、金属、セラミックス、プラスチック、ＦＰＲ等の所要の剛性を有する各種の材料からなる板状のものを用いることができる。
【００１７】
ゴム弾性層及び硬質板層の夫々は、平面視において、正方形を含む四角形、五角形、六角形又は円形であって、好ましくは、四角形又は円形であり、橋梁用には正方形を含む四角形又は円形であり、積層ゴムもまた、ゴム弾性層及び硬質板層の形状に対応して四角形、五角形、六角形又は円形であるが、いずれもこれらに限定されない。
【００１８】
鉛プラグは、積層ゴムの中央部に一個だけ埋め込まれていてもよいが、これに代えて又はこれと共に積層ゴムの中央部の周りに複数個埋め込まれていてもよく、好ましくは純度９９．９％以上の鉛材料を用いて形成されているとよい。鉛プラグは、円柱、四角柱、六角柱等の角柱でもよく、好ましくは円柱がよい。また鉛プラグは、ゴム弾性層の天然ゴムからなる部分に拘束されて埋め込まれていても、ゴム弾性層の高減衰ゴムからなる部分に拘束されて埋め込まれていても、更には、天然ゴムからなる部分及び高減衰ゴムからなる部分の両方に亘った部位に拘束されて埋め込まれていてもよいが、好ましくは天然ゴムからなる部分に埋め込まれると繰り返し変形に対する安定性に劣る高減衰ゴムの影響を鉛プラグが受けることがないのでよい。
【００１９】
積層方向に対して直交する方向のうちの一つの方向のみの振動に対して構造物を免震支承する例えば橋軸方向のみの振動に対して構造物を免震支承する橋梁用の鉛プラグ入り積層ゴム体の場合には、上述の通り、ゴム弾性層の積層方向に対して直交する方向のうちの一つの方向の一対の外側部分が高減衰ゴムからなって、この一対の外側部分に挟まれた該ゴム弾性層の内側部分が天然ゴムからなっていてもよく、斯かる鉛プラグ入り積層ゴム体の場合には、積層方向に対して直交する方向のうちの一つの方向を橋軸方向に合致させ、高減衰ゴムからなる一対の外側部分と一対の外側部分に挟まれて天然ゴムからなる内側部分とが橋軸方向に並ぶように当該鉛プラグ入り積層ゴム体を配置するとよい。
【００２０】
本発明の鉛プラグ入り積層ゴム体は、積層ゴムの外周面を被覆する被覆層を有していてよく、斯かる被覆層は、高減衰ゴムからなっていてもよいが、耐候性及び成形性の観点からオゾン劣化防止剤、老化防止剤を有する天然ゴムからなっているのが好ましい。積層ゴムの外周面を被覆する被覆層は、積層ゴムの外周面に接着剤を介して又は加硫により接着されて一体化されるとよい。被覆層の厚みは、積層ゴムの大きさにもよるが、十分な耐久性をもって長期に亘って耐候性を得ることができるならば十分に薄くてもよく、例えば高さ７３ｍｍ、縦横２５０ｍｍの積層ゴムの場合に一例として５ｍｍ程度を挙げることができる。
【００２１】
本発明に係る鉛プラグ入り積層ゴム体では、積層ゴムの積層方向の一方の端面を直接に例えば基礎に固着し、積層ゴムの積層方向の他方の端面を直接に例えば支持する建物に固着してもよいが、これに代えて、積層ゴムの積層方向の一方の端面に一方の板面で接触した一方の取り付け板と、積層ゴムの積層方向の他方の端面に一方の板面で接触した他方の取り付け板とを更に具備して鉛プラグ入り積層ゴム体を構成し、斯かる取り付け板を介して基礎及び建物に鉛プラグ入り積層ゴム体を固着してもよい。一方の取り付け板は、その一方の板面で積層ゴムにねじ部材を介して固着され、他方の取り付け板は、その一方の板面で積層ゴムに他のねじ部材を介して固着されていても、これに代えて又はこれと共に、一方の取り付け板は、その一方の板面で積層ゴムに、一方の取り付け板及び積層ゴムの夫々に嵌め込まれたダウエルピンを介してその板面方向に関して固着され、他方の取り付け板は、その一方の板面で積層ゴムに、他方の取り付け板及び積層ゴムの夫々に嵌め込まれた他のダウエルピンを介してその板面方向に関して固着されていてもよく、更には、上記と併用して又は単独で各取り付け板は、直接的に積層ゴムの積層方向の対応の端面に加硫接着により固着されていてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ハードニング現象が生じない上に、安定な履歴特性を有した積層ゴムを具備した鉛プラグ入り積層ゴム体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に本発明及びその実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【００２４】
図１から図３において、本例の鉛プラグ入り積層ゴム体１は、平面視で四角形の複数のゴム弾性層２と同じく平面視で四角形の硬質板層３とを交互に積層してなる積層ゴム４と、積層ゴム４を積層方向、即ち鉛直方向Ｖに関して貫通すると共に積層ゴム４に拘束されて埋め込まれた少なくとも一つ、本例では四個の円柱状の鉛プラグ５と、鉛プラグ５及び積層ゴム４の鉛直方向Ｖの一方の端面６に一方の板面７で接触した取り付け板８と、鉛プラグ５及び積層ゴム４の鉛直方向Ｖの他方の端面９に一方の板面１０で接触した取り付け板１１と、ゴム弾性層２の外周面１２を覆うと共にゴム弾性層２の外周面１２に加硫成形により一体形成された筒状の被覆層１３とを具備している。
【００２５】
複数の硬質板層３は、鉛直方向Ｖの最外側に位置していると共に厚肉の鋼板等からなる一対の厚肉硬質板層２１及び２２と、一対の厚肉硬質板層２１及び２２間に配されていると共に厚肉硬質板層２１及び２２よりも薄肉の鋼板等からなる複数の薄肉硬質板層２３とを具備している。厚肉硬質板層２１の一方の面には円形の凹所２４が、厚肉硬質板層２２の一方の面には円形の凹所２５が夫々形成されている。
【００２６】
一対の厚肉硬質板層２１及び２２間において複数の薄肉硬質板層２３と交互に配されている複数のゴム弾性層２は、加硫接着により一対の厚肉硬質板層２１及び２２並びに複数の薄肉硬質板層２３に固着されている。
【００２７】
矩形状の境界線３１で境界付けられるゴム弾性層２の環状の外周側部分３２は、設計歪において０．１０以上の等価減衰定数を有する高減衰ゴムからなっており、外周側部分３２に囲繞されたゴム弾性層２の内周側部分３３は、設計歪において０．０１から０．０６の等価減衰定数を有している天然ゴムからなっており、ゴム弾性層２の全体に対しての高減衰ゴムからなるゴム弾性層２の外周側部分３２の体積比率は、０．２から０．８である。即ち、鉛プラグ５の部分を含めないで複数のゴム弾性層２の全体の体積をＶallとし、複数のゴム弾性層２の環状の外周側部分３２の体積をＶoutとした場合、体積比率（＝Ｖout／Ｖall）は０．２から０．８である（Ｖout／Ｖall＝０．２〜０．８）。
【００２８】
四個の円柱状の鉛プラグ５は、内周側部分３３において積層ゴム４に拘束されて埋め込まれている。
【００２９】
鋼板等からなる取り付け板８は、その板面７に円形の凹所３５を有しており、しかも、その板面７で積層ゴム４の端面６に接触すると共に積層ゴム４の厚肉硬質板層２１にねじ部材３６を介して固着されており、取り付け板８と同様に鋼板等からなる取り付け板１１は、その板面１０に円形の凹所３７を有しており、その板面１０で積層ゴム４の端面９に接触すると共に積層ゴム４の厚肉硬質板層２２にねじ部材３８を介して固着されている。取り付け板８と厚肉硬質板層２１との間において凹所２４及び３５には、剪断キー３９が嵌装されており、取り付け板１１と厚肉硬質板層２２との間において凹所２５及び３７には、剪断キー４０が嵌装されており、剪断キー３９により取り付け板８は、厚肉硬質板層２１に対して鉛直方向Ｖと直交する方向、即ち水平方向Ｈに関して固定されており、剪断キー４０により取り付け板１１は、厚肉硬質板層２２に対して水平方向Ｈに関して固定されている。
【００３０】
ゴム弾性層２の外周面１２を覆う被覆層１３は、天然ゴムからなっており、端面６及び９の夫々と面一となっている鉛直方向Ｖの端面で取り付け板８の板面７及び取り付け板１１の板面１０の夫々に当接されている。
【００３１】
積層ゴム４は、例えば次のようにして製造できる。まず、鉛プラグ５挿入用の孔を有すると共に内周側部分３３の外形形状をもった未加硫の天然ゴム材板を、同様に鉛プラグ５鉛挿入用の孔を有すると共に厚肉硬質板層２１となる厚肉鋼板に貼着し、この貼着と共に又はこの貼着後、内周側部分３３の外形形状をもった上記の未加硫の天然ゴム材板と同一の厚みをもつと共に外周側部分３２の外形形状をもつ未加硫の高減衰ゴム材板を厚肉硬質板層２１となる厚肉鋼板に、内周側部分３３の外形形状をもった上記の未加硫の天然ゴム材板の端面と接する状態で貼着し、厚肉硬質板層２１となる厚肉鋼板に貼着された天然ゴム材板と高減衰ゴム材板とに鉛プラグ５鉛挿入用の孔を有すると共に薄肉硬質板層２３となる薄肉鋼板を貼着し、以後、必要層数を得るように上記の作業を繰り返して、薄肉硬質板層２３となる薄肉鋼板に貼着された天然ゴム材板と高減衰ゴム材板とに鉛プラグ５鉛挿入用の孔を有すると共に厚肉硬質板層２２となる厚肉鋼板を貼着し、貼着後、これらを一体加硫(加工)して積層ゴム４を得る。鉛プラグ５は、加硫成形された積層ゴム４の積層方向に直交して形成された孔に圧入するとよい。
【００３２】
以上の鉛プラグ入り積層ゴム体１は、取り付け板８がアンカーボルト等を介して基礎に、取り付け板１１がボルト等を介して構造物に固着されて構造物と基礎との間に配され、構造物の鉛直方向Ｖの荷重を支持すると共に地震による基礎の水平方向Ｈの振動を鉛プラグ５を含む積層ゴム４の水平方向Ｈの剪断変形により構造物に伝達させない上に、主として鉛プラグ５の水平方向Ｈの塑性変形とゴム弾性層２の外周側部分３２の水平方向Ｈの剪断変形とで構造物の水平方向Ｈの振動を速やかに減衰させるように用いられる。
【００３３】
鉛プラグ入り積層ゴム体１によれば、ゴム弾性層２の外周側部分３２が高減衰ゴムからなっている一方、ゴム弾性層２の外周側部分３２に囲繞された内周側部分３３が天然ゴムからなっているために、オゾン環境に比較的弱い天然ゴムからなる内周側部分３３を高減衰ゴムからなる外周側部分３２で保護することができ、しかも、ゴム弾性層２の全体に対して０．２から０．８の体積比率の高減衰ゴムからなる外周側部分３２を有しているために、ハードニング現象が生じない上に、安定な履歴特性を有し、加えて、鉛プラグ５と相俟って鉛プラグ入り積層ゴム体１の水平方向Ｈの振動を可及的速やかに減衰させることができる上に、大きな減衰を得ることができる結果、鉛プラグ入り積層ゴム体の小型化を図ることができて、製造原価を低減できると共に施工の容易化を図ることができる。
【００３４】
上記の鉛プラグ入り積層ゴム体１では、ゴム弾性層２の環状の外周側部分３２を高減衰ゴムとし、外周側部分３２に囲繞されたゴム弾性層２の内周側部分３３を天然ゴムとしたが、図４に示すように、一対の直線状の境界線４１及び４２で境界付けられるゴム弾性層２の鉛直方向Ｖに対して直交する水平方向Ｈのうちの一つの方向Ｘの一対の外側部分４３及び４４が高減衰ゴムからなっており、一対の外側部分４３及び４４に挟まれたゴム弾性層２の内側部分４５が天然ゴムからなっていてもよく、この場合にも、ゴム弾性層２の全体に対する高減衰ゴムからなるゴム弾性層２の外側部分４３及び４４の体積比率、即ち、鉛プラグ５の部分を含めないで複数のゴム弾性層２の全体の体積をＶallとし、複数のゴム弾性層２の一対の矩形状の外側部分４３及び４４の体積をＶoutとした場合、体積比率（＝Ｖout／Ｖall）を０．２から０．８とするとよい。
【００３５】
図４に示す一対の外側部分４３及び４４並びに内側部分４５を有した鉛プラグ入り積層ゴム体１を橋梁用とする場合には、方向Ｘを橋梁の橋桁の橋軸方向と一致させる一方、水平方向Ｈのうちの方向Ｘと直交する方向Ｙにゴム弾性層２をサイドブロック等の移動制限部材により剪断変形させないようにして斯かる鉛プラグ入り積層ゴム体１を橋脚と橋桁との間に設置するとよい。
【００３６】
橋梁用の鉛プラグ入り積層ゴム体１でも、ゴム弾性層２の一対の外側部分４３及び４４が高減衰ゴムからなっている一方、一対の外側部分４３及び４４に挟まれたゴム弾性層２の内側部分４５が天然ゴムからなっているために、オゾン環境に比較的弱い天然ゴムからなる内側部分４５を高減衰ゴムからなる一対の外側部分４３及び４４で保護することができ、しかも、ゴム弾性層２の全体に対して０．２から０．８の体積比率の高減衰ゴムからなる一対の外側部分４３及び４４を有しているために、ハードニング現象が生じない上に、安定な履歴特性を有し、加えて、鉛プラグ５と相俟って鉛プラグ入り積層ゴム体１の剪断方向Ｈの一つの方向であって橋軸方向である方向Ｘの振動を可及的速やかに減衰させることができる。
【００３７】
また鉛プラグ入り積層ゴム体１を図５又は図６に示すように形成してもよい。即ち図５に示す鉛プラグ入り積層ゴム体１では、ゴム弾性層２における複数個の鉛プラグ５の夫々を一個毎に個別に囲む複数個の平面視矩形状（例えば正方形）の鉛プラグ周囲部分４７が天然ゴムからなっており、鉛プラグ周囲部分４７を除くゴム弾性層２の他の部分４８が高減衰ゴムからなっており、図６に示す鉛プラグ入り積層ゴム体１では、ゴム弾性層２の複数個ｍ（図示では４個）の鉛プラグ５を複数ｎ（但し、ｍ＞ｎ、図示では２個）毎に個別に囲む平面視矩形状（例えば長方形）の鉛プラグ周囲部分４７が天然ゴムからなっており、鉛プラグ周囲部分４７を除くゴム弾性層２の他の部分４８が高減衰ゴムからなっており、いずれの鉛プラグ入り積層ゴム体１でも、ゴム弾性層２の全体に対してのゴム弾性層２の高減衰ゴムからなる部分４８の体積比率が０．２から０．８である。
【００３８】
図５又は図６に示す鉛プラグ入り積層ゴム体１も、ハードニング現象が生ない上に安定な履歴特性を有し、鉛プラグ５と相俟って大きな減衰を得ることができる結果、鉛プラグ入り積層ゴム体の小型化を図ることができて、製造原価を低減できると共に施工の容易化を図ることができる。
【実施例】
【００３９】
高さｈ＝７３．５ｍｍ、縦横長さｄ＝２４０ｍｍ、六層のゴム弾性層２の各厚みｔ１＝５ｍｍ、厚肉硬質板層２１及び２２の各厚みｔ２＝１６ｍｍ、５層の薄肉硬質板層２３の各厚みｔ３＝２．３ｍｍ、中心Ｏがゴム弾性層２の対角線上に位置する四個の鉛プラグ５の各直径φ＝３４．５ｍｍ、各鉛プラグ５の中心Ｏ間の間隔Ｄ＝１００ｍｍ、各鉛プラグ５の中心Ｏからゴム弾性層２の各一辺までの間隔Ｌ＝７０ｍｍであって、体積比率＝Ｖout／Ｖallが０、０．２、０．５、０．８及び１である図１から図３に示す被覆層１３（厚みｔ４＝５ｍｍ）付の五個の積層ゴム４を準備し、斯かる積層ゴム４の夫々に面圧６Ｎ／ｍｍ２の鉛直方向Ｖの荷重下で剪断歪率１７５％の水平方向Ｈの剪断変形を加えてその変位−応力履歴特性曲線を求め、この変位−応力履歴特性曲線から体積比率＝Ｖout／Ｖallが０、０．２、０．５、０．８及び１の夫々の場合の降伏後剛性ｋｄ（０）、ｋｄ（０．２）、ｋｄ（０．５）、ｋｄ（０．８）及びｋｄ（１）を求めた。これら降伏後剛性ｋｄ（０）、ｋｄ（０．２）、ｋｄ（０．５）、ｋｄ（０．８）及びｋｄ（１）を降伏後剛性ｋｄ（０）で基準化した降伏後剛性ｋｎｄ値を図７に示す。
【００４０】
また、上記の五個の被覆層１３付の積層ゴム４の夫々に対して、面圧６Ｎ／ｍｍ２の鉛直方向Ｖの荷重下で剪断歪率１７５％の水平方向Ｈの繰り返し剪断変形を１１サイクル加えて、その後１０分間放置した後、再び面圧６Ｎ／ｍｍ２の鉛直方向Ｖの荷重下で剪断歪率１７５％の水平方向Ｈの繰り返し剪断変形を１１サイクル加え、先行の１１サイクルの剪断変形と後続の１１サイクルの剪断変形とによる変位−応力履歴特性曲線から、先行の１１サイクル中の２サイクル目の等価剛性ｋｅｑに対する先行の１１サイクル中の１１サイクル目の等価剛性ｋｅｑの低下量と後続の１１サイクル中の１１サイクル目の等価剛性ｋｅｑの低下量とを先行の１１サイクル中の２サイクル目の等価剛性ｋｅｑを基準のレベル“１”として求めた。これら基準“１”からの等価剛性ｋｅｑの低下量を体積比率＝Ｖout／Ｖallが０である積層ゴム４の等価剛性ｋｅｑの低下量で基準化した値を図８に示す。図８において、曲線５１は、先行の１１サイクル中の１１サイクル目の基準化された等価剛性ｋｅｑの低下量であり、曲線５２は、後続の１１サイクル中の１１サイクル目（全体として２２サイクル目）の基準化された等価剛性ｋｅｑの低下量である。
【００４１】
図７から明らかであるように、体積比率＝Ｖout／Ｖallが０．２よりも小さいと、降伏後剛性ｋｄの変化が見られない結果、０．２よりも小さい体積比率＝Ｖout／Ｖallの積層ゴム４ではハードニング現象が生じやすいことを窺うことができる一方、体積比率＝Ｖout／Ｖallが０．２以上であると、降伏後剛性ｋｄが線形的に変化する結果、０．２以上の体積比率＝Ｖout／Ｖallの積層ゴム４ではハードニング現象を効果的に抑制できることを窺うことができる。
【００４２】
また図８から明らかであるように、体積比率＝Ｖout／Ｖallが０．８よりも大きいと、等価剛性ｋｅｑの低下量が大きい結果、繰り返し剪断変形を受けた際に履歴安定性が悪いことを窺うことができる一方、体積比率＝Ｖout／Ｖallが０．８以下であると、等価剛性ｋｅｑの低下量が殆どない結果、繰り返し剪断変形を受けた場合でも安定な履歴特性となることを窺うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態の好ましい例の斜視説明図である。
【図２】図１に示す例のＩＩ−ＩＩ線矢視面断面説明図である。
【図３】図１に示す例の平面説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の好ましい他の例の平面説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の好ましい他の例の平面説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の好ましい他の例の平面説明図である。
【図７】本発明の実施例の体積比率−基準化剛性曲線図である。
【図８】本発明の実施例の体積比率−基準化等価剛性低下量曲線図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 鉛プラグ入り積層ゴム体
２ ゴム弾性層
３ 硬質板層
４ 積層ゴム
５ 鉛プラグ
３２ 外周側部分
３３ 内周側部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震支承に用いられて好適な鉛プラグ入り積層ゴム体、特にハードニング現象の生じ難い上に、高い減衰性能と安定した履歴特性とを有した鉛プラグ入り積層ゴム体に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特公平６−２２９５８号公報
【特許文献２】特開２０００−１８２０号公報
【特許文献３】特開２００２−１８８１２２号公報
【０００３】
ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれて積層ゴムに適宜な減衰機能を付与する鉛プラグを有した鉛プラグ入り積層ゴム体は、橋梁用の支承としては勿論のこと他の構造物用の支承として数多く用いられている。
【０００４】
斯かる観点において、特許文献１には、優れた二以上の特性を有する積層構造体を得るために、軟質板の周縁部分と内側部分とを互いに特性の異なる材質から形成することが、特許文献２には、ゴム層における局部的な歪みの発生を抑止し、ゴム層の局部破壊を防止するために、積層体の上下両端面の端部鋼板付近のゴム層の少なくとも周縁部に補強ゴムを配置し、補強ゴムの剪断弾性係数をゴム層の本体ゴムよりも高くすることが、そして、特許文献３には、減衰特性を改良し、且つ耐久性にも優れた橋梁用ゴム支承を提供するために、ゴム層の外周部分を低減衰ゴムにし、内側部分を高減衰ゴムすることが夫々提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、積層ゴムに使用されるゴム材料は、大きく分けて天然ゴムと、等価減衰定数が０．１０以上であって天然ゴムよりも大きな減衰特性を有する高減衰ゴムとに大別される。積層ゴムにおいて、使用されるゴム材料の特性がその性能、耐久性に直接影響し、支承として求められる機能から見た場合、例えば天然ゴムを用いるとハードニングが生じやすい上に比較的オゾン環境に弱い一方、履歴特性の低下が少なく、高減衰ゴムを用いるとハードニングが生じ難いと共に比較的オゾン環境に強い一方、履歴特性の低下が比較的顕著に生じることになる。
【０００６】
特許文献１で提案される積層構造体は、その軟質板の周縁部分と内側部分とを単に互いに特性の異なる材質から形成してなるものであって、相反する特性とされている大変形時においてハードニング現象が生じなく、しかも、大変形後においても変化のない安定な履歴特性を有したものではなく、特許文献２の積層ゴム支承もまた、ゴム層の本体ゴムよりも剪断弾性係数が高い補強ゴムをゴム層の周縁部に配置したものに過ぎないのであって、ハードニング現象をなくして安定な履歴特性を有したものではなく、更に、特許文献３の橋梁用ゴム支承も、ゴム層の外周部分を低減衰ゴムにし、内側部分を高減衰ゴムにして、単に、改良された減衰特性と優れた耐久性を有したものに過ぎないのであって、ハードニング現象をなくして安定な履歴特性を有したものではない。
【０００７】
本発明は、前記諸点に鑑みて、ゴム弾性層において天然ゴムからなる部分と高減衰ゴムからなる部分とが特定の位置関係であって高減衰ゴムからなる部分とゴム弾性層の全体との体積比率が一定の範囲にある場合には大変形時においてハードニング現象が生じなく、しかも、大変形後においても変化のない安定な履歴特性を有した積層ゴムとなることを見出してなされたものであって、したがって、本発明の目的とするところは、上記のようなハードニング現象が生じない上に、安定な履歴特性を有した積層ゴムを具備した鉛プラグ入り積層ゴム体を提供することにある。
【０００８】
本発明による鉛プラグ入り積層ゴム体は、ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれた少なくとも一つの柱状の鉛プラグとを有しており、当該ゴム弾性層の外周側部分が高減衰ゴムからなっており、この外周側部分に囲繞された該ゴム弾性層の内周側部分が天然ゴムからなっており、ゴム弾性層の全体に対してのゴム弾性層の高減衰ゴムからなる外周側部分の体積比率が０．２から０．８であることを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明による鉛プラグ入り積層ゴム体は、ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれた少なくとも一つの柱状の鉛プラグとを有した鉛プラグ入り積層ゴム体であって、当該ゴム弾性層の積層方向に対して直交する方向のうちの一つの方向における一対の外側部分が高減衰ゴムからなっており、この一対の外側部分に挟まれた該ゴム弾性層の内側部分が天然ゴムからなっており、ゴム弾性層の全体に対するゴム弾性層の高減衰ゴムからなる外側部分の体積比率が０．２から０．８であることを特徴とするものである。
【００１０】
更に本発明による鉛プラグ入り積層ゴム体は、ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれた少なくとも一つの柱状の鉛プラグとを有しており、当該ゴム弾性層の鉛プラグを囲む鉛プラグ周囲部分が天然ゴムからなっており、当該鉛プラグ周囲部分を除くゴム弾性層の他の部分が高減衰ゴムからなっており、ゴム弾性層の全体に対してのゴム弾性層の高減衰ゴムからなる部分の体積比率が０．２から０．８であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係る鉛プラグ入り積層ゴム体によれば、少なくとも、ゴム弾性層の積層方向に対して直交する方向のうちの一つの方向における一対の外側部分が高減衰ゴムからなっている一方、この一対の外側部分に挟まれた該ゴム弾性層の内側部分が天然ゴムからなっているために、オゾン環境に比較的弱い天然ゴムからなる内側部分を高減衰ゴムからなる外側部分で保護することができ、しかも、ゴム弾性層の全体に対して０．２から０．８の体積比率の高減衰ゴムからなる外側部分を有しているために、円柱状の鉛プラグと相俟って鉛プラグ入り積層ゴム体の剪断方向（水平方向）の構造物の振動を可及的に速やかに減衰させることができる。
【００１２】
ゴム弾性層に天然ゴムのみを使用した鉛プラグ入り積層ゴム体は、剪断方向の大変形時においてハードニング現象を生じ易い、換言すれば、剪断方向の大きな変形で急激に大きな降伏後剛性ｋｄを現出する（降伏後剛性ｋｄの線形領域が狭い）一方、ゴム弾性層に高減衰ゴムのみを使用した積層ゴム体は、伸び特性が大きく、剪断方向の大変形時においてもハードニング現象を生じ難いのである（降伏後剛性ｋｄの線形領域が広い）が、斯かる鉛プラグ入り積層ゴム体において、高減衰ゴムからなる外側部分がゴム弾性層の全体に対して０．２よりも少ない体積比率となると、高減衰ゴムの大きな伸び特性を十分に利用できなくなってハードニング現象が生じ易くなり、したがって、高減衰ゴムからなる外側部分は、ハードニング現象の効果的な抑制の観点からゴム弾性層の全体に対して０．２以上の体積比率であることが要求されるのである。
【００１３】
また、高減衰ゴムは、その弾性特性に対して繰り返し変形で大きな影響を受け繰り返し変形に対して安定性に欠け、特に大変形後での履歴特性に大きな影響を受ける一方、天然ゴムは、繰り返し変形でも弾性特性にそれ程影響を受けず繰り返し変形に対しては安定な弾性特性を有しているのであるが、鉛プラグ入り積層ゴム体において、高減衰ゴムからなる外側部分がゴム弾性層の全体に対して０．８よりも大きな体積比率となると、天然ゴムの安定な弾性特性よりも高減衰ゴムの安定性に欠けた弾性特性による履歴特性の劣化、換言すれば、剪断方向の等価剛性ｋｅｑを減少させることとなり、したがって、高減衰ゴムからなる外側部分は、繰り返し変形での等価剛性ｋｅｑの維持との観点からゴム弾性層の全体に対して０．８以下の体積比率であることが要求される。
【００１４】
ゴム弾性層の全体に対しての高減衰ゴムからなる外側部分又は外周側部分の体積比率が０．５以下であると、より安定な履歴特性を得ることができる。
【００１５】
本発明において高減衰ゴムのポリマーとしては、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブタジエンゴム若しくはシリコーンゴム等又はこれらの混合物及びこれらと天然ゴムからなる混合物を含むものであって、高減衰ゴムのポリマー以外の材料としては代表例としてカーボンブラック、シリカ又は樹脂が挙げられ、設計歪において０．１０以上、好ましい例では、０．１０から０．２０の等価減衰定数を有するものであり、この場合、天然ゴムは、設計歪において０．０１から０．０６の等価減衰定数を有しているとよい。高減衰ゴム及び天然ゴムには、必要に応じて充填剤、可塑剤、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤等の添加剤が配合されていてもよい。
【００１６】
各ゴム弾性層は、通常、同一厚みを有しているのが好ましいが、異なる厚みを有していてもよく、硬質板層もまた、同一厚みを有していてもよいが、これに代えて、積層方向の両端に配された厚肉硬質板層と、この厚肉硬質板層間においてゴム弾性層と交互に積層された薄肉硬質板層とを含んでいてもよく、斯かる厚肉硬質板層にボルト、ダウエルピン等を介して橋桁を含む構造物及び橋脚を含む基礎等に取り付け板を取り付けるようにしてもよく、厚肉硬質板層を用いない場合等では、ゴム弾性層又は硬質板層に直接に接着剤を介して又はゴム弾性層に加硫接着により取り付け板を取り付けるようにしてもよい。硬質板層としては、金属、セラミックス、プラスチック、ＦＰＲ等の所要の剛性を有する各種の材料からなる板状のものを用いることができる。
【００１７】
ゴム弾性層及び硬質板層の夫々は、平面視において、正方形を含む四角形、五角形、六角形又は円形であって、好ましくは、四角形又は円形であり、橋梁用には正方形を含む四角形又は円形であり、積層ゴムもまた、ゴム弾性層及び硬質板層の形状に対応して四角形、五角形、六角形又は円形であるが、いずれもこれらに限定されない。
【００１８】
鉛プラグは、積層ゴムの中央部に一個だけ埋め込まれていてもよいが、これに代えて又はこれと共に積層ゴムの中央部の周りに複数個埋め込まれていてもよく、好ましくは純度９９．９％以上の鉛材料を用いて形成されているとよい。鉛プラグは、円柱、四角柱、六角柱等の角柱でもよく、好ましくは円柱がよい。また鉛プラグは、ゴム弾性層の天然ゴムからなる部分に拘束されて埋め込まれていても、ゴム弾性層の高減衰ゴムからなる部分に拘束されて埋め込まれていても、更には、天然ゴムからなる部分及び高減衰ゴムからなる部分の両方に亘った部位に拘束されて埋め込まれていてもよいが、好ましくは天然ゴムからなる部分に埋め込まれると繰り返し変形に対する安定性に劣る高減衰ゴムの影響を鉛プラグが受けることがないのでよい。
【００１９】
積層方向に対して直交する方向のうちの一つの方向のみの振動に対して構造物を免震支承する例えば橋軸方向のみの振動に対して構造物を免震支承する橋梁用の鉛プラグ入り積層ゴム体の場合には、上述の通り、ゴム弾性層の積層方向に対して直交する方向のうちの一つの方向の一対の外側部分が高減衰ゴムからなって、この一対の外側部分に挟まれた該ゴム弾性層の内側部分が天然ゴムからなっていてもよく、斯かる鉛プラグ入り積層ゴム体の場合には、積層方向に対して直交する方向のうちの一つの方向を橋軸方向に合致させ、高減衰ゴムからなる一対の外側部分と一対の外側部分に挟まれて天然ゴムからなる内側部分とが橋軸方向に並ぶように当該鉛プラグ入り積層ゴム体を配置するとよい。
【００２０】
本発明の鉛プラグ入り積層ゴム体は、積層ゴムの外周面を被覆する被覆層を有していてよく、斯かる被覆層は、高減衰ゴムからなっていてもよいが、耐候性及び成形性の観点からオゾン劣化防止剤、老化防止剤を有する天然ゴムからなっているのが好ましい。積層ゴムの外周面を被覆する被覆層は、積層ゴムの外周面に接着剤を介して又は加硫により接着されて一体化されるとよい。被覆層の厚みは、積層ゴムの大きさにもよるが、十分な耐久性をもって長期に亘って耐候性を得ることができるならば十分に薄くてもよく、例えば高さ７３ｍｍ、縦横２５０ｍｍの積層ゴムの場合に一例として５ｍｍ程度を挙げることができる。
【００２１】
本発明に係る鉛プラグ入り積層ゴム体では、積層ゴムの積層方向の一方の端面を直接に例えば基礎に固着し、積層ゴムの積層方向の他方の端面を直接に例えば支持する建物に固着してもよいが、これに代えて、積層ゴムの積層方向の一方の端面に一方の板面で接触した一方の取り付け板と、積層ゴムの積層方向の他方の端面に一方の板面で接触した他方の取り付け板とを更に具備して鉛プラグ入り積層ゴム体を構成し、斯かる取り付け板を介して基礎及び建物に鉛プラグ入り積層ゴム体を固着してもよい。一方の取り付け板は、その一方の板面で積層ゴムにねじ部材を介して固着され、他方の取り付け板は、その一方の板面で積層ゴムに他のねじ部材を介して固着されていても、これに代えて又はこれと共に、一方の取り付け板は、その一方の板面で積層ゴムに、一方の取り付け板及び積層ゴムの夫々に嵌め込まれたダウエルピンを介してその板面方向に関して固着され、他方の取り付け板は、その一方の板面で積層ゴムに、他方の取り付け板及び積層ゴムの夫々に嵌め込まれた他のダウエルピンを介してその板面方向に関して固着されていてもよく、更には、上記と併用して又は単独で各取り付け板は、直接的に積層ゴムの積層方向の対応の端面に加硫接着により固着されていてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ハードニング現象が生じない上に、安定な履歴特性を有した積層ゴムを具備した鉛プラグ入り積層ゴム体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に本発明及びその実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【００２４】
図１から図３において、本例の鉛プラグ入り積層ゴム体１は、平面視で四角形の複数のゴム弾性層２と同じく平面視で四角形の硬質板層３とを交互に積層してなる積層ゴム４と、積層ゴム４を積層方向、即ち鉛直方向Ｖに関して貫通すると共に積層ゴム４に拘束されて埋め込まれた少なくとも一つ、本例では四個の円柱状の鉛プラグ５と、鉛プラグ５及び積層ゴム４の鉛直方向Ｖの一方の端面６に一方の板面７で接触した取り付け板８と、鉛プラグ５及び積層ゴム４の鉛直方向Ｖの他方の端面９に一方の板面１０で接触した取り付け板１１と、ゴム弾性層２の外周面１２を覆うと共にゴム弾性層２の外周面１２に加硫成形により一体形成された筒状の被覆層１３とを具備している。
【００２５】
複数の硬質板層３は、鉛直方向Ｖの最外側に位置していると共に厚肉の鋼板等からなる一対の厚肉硬質板層２１及び２２と、一対の厚肉硬質板層２１及び２２間に配されていると共に厚肉硬質板層２１及び２２よりも薄肉の鋼板等からなる複数の薄肉硬質板層２３とを具備している。厚肉硬質板層２１の一方の面には円形の凹所２４が、厚肉硬質板層２２の一方の面には円形の凹所２５が夫々形成されている。
【００２６】
一対の厚肉硬質板層２１及び２２間において複数の薄肉硬質板層２３と交互に配されている複数のゴム弾性層２は、加硫接着により一対の厚肉硬質板層２１及び２２並びに複数の薄肉硬質板層２３に固着されている。
【００２７】
矩形状の境界線３１で境界付けられるゴム弾性層２の環状の外周側部分３２は、設計歪において０．１０以上の等価減衰定数を有する高減衰ゴムからなっており、外周側部分３２に囲繞されたゴム弾性層２の内周側部分３３は、設計歪において０．０１から０．０６の等価減衰定数を有している天然ゴムからなっており、ゴム弾性層２の全体に対しての高減衰ゴムからなるゴム弾性層２の外周側部分３２の体積比率は、０．２から０．８である。即ち、鉛プラグ５の部分を含めないで複数のゴム弾性層２の全体の体積をＶallとし、複数のゴム弾性層２の環状の外周側部分３２の体積をＶoutとした場合、体積比率（＝Ｖout／Ｖall）は０．２から０．８である（Ｖout／Ｖall＝０．２〜０．８）。
【００２８】
四個の円柱状の鉛プラグ５は、内周側部分３３において積層ゴム４に拘束されて埋め込まれている。
【００２９】
鋼板等からなる取り付け板８は、その板面７に円形の凹所３５を有しており、しかも、その板面７で積層ゴム４の端面６に接触すると共に積層ゴム４の厚肉硬質板層２１にねじ部材３６を介して固着されており、取り付け板８と同様に鋼板等からなる取り付け板１１は、その板面１０に円形の凹所３７を有しており、その板面１０で積層ゴム４の端面９に接触すると共に積層ゴム４の厚肉硬質板層２２にねじ部材３８を介して固着されている。取り付け板８と厚肉硬質板層２１との間において凹所２４及び３５には、剪断キー３９が嵌装されており、取り付け板１１と厚肉硬質板層２２との間において凹所２５及び３７には、剪断キー４０が嵌装されており、剪断キー３９により取り付け板８は、厚肉硬質板層２１に対して鉛直方向Ｖと直交する方向、即ち水平方向Ｈに関して固定されており、剪断キー４０により取り付け板１１は、厚肉硬質板層２２に対して水平方向Ｈに関して固定されている。
【００３０】
ゴム弾性層２の外周面１２を覆う被覆層１３は、天然ゴムからなっており、端面６及び９の夫々と面一となっている鉛直方向Ｖの端面で取り付け板８の板面７及び取り付け板１１の板面１０の夫々に当接されている。
【００３１】
積層ゴム４は、例えば次のようにして製造できる。まず、鉛プラグ５挿入用の孔を有すると共に内周側部分３３の外形形状をもった未加硫の天然ゴム材板を、同様に鉛プラグ５鉛挿入用の孔を有すると共に厚肉硬質板層２１となる厚肉鋼板に貼着し、この貼着と共に又はこの貼着後、内周側部分３３の外形形状をもった上記の未加硫の天然ゴム材板と同一の厚みをもつと共に外周側部分３２の外形形状をもつ未加硫の高減衰ゴム材板を厚肉硬質板層２１となる厚肉鋼板に、内周側部分３３の外形形状をもった上記の未加硫の天然ゴム材板の端面と接する状態で貼着し、厚肉硬質板層２１となる厚肉鋼板に貼着された天然ゴム材板と高減衰ゴム材板とに鉛プラグ５鉛挿入用の孔を有すると共に薄肉硬質板層２３となる薄肉鋼板を貼着し、以後、必要層数を得るように上記の作業を繰り返して、薄肉硬質板層２３となる薄肉鋼板に貼着された天然ゴム材板と高減衰ゴム材板とに鉛プラグ５鉛挿入用の孔を有すると共に厚肉硬質板層２２となる厚肉鋼板を貼着し、貼着後、これらを一体加硫(加工)して積層ゴム４を得る。鉛プラグ５は、加硫成形された積層ゴム４の積層方向に直交して形成された孔に圧入するとよい。
【００３２】
以上の鉛プラグ入り積層ゴム体１は、取り付け板８がアンカーボルト等を介して基礎に、取り付け板１１がボルト等を介して構造物に固着されて構造物と基礎との間に配され、構造物の鉛直方向Ｖの荷重を支持すると共に地震による基礎の水平方向Ｈの振動を鉛プラグ５を含む積層ゴム４の水平方向Ｈの剪断変形により構造物に伝達させない上に、主として鉛プラグ５の水平方向Ｈの塑性変形とゴム弾性層２の外周側部分３２の水平方向Ｈの剪断変形とで構造物の水平方向Ｈの振動を速やかに減衰させるように用いられる。
【００３３】
鉛プラグ入り積層ゴム体１によれば、ゴム弾性層２の外周側部分３２が高減衰ゴムからなっている一方、ゴム弾性層２の外周側部分３２に囲繞された内周側部分３３が天然ゴムからなっているために、オゾン環境に比較的弱い天然ゴムからなる内周側部分３３を高減衰ゴムからなる外周側部分３２で保護することができ、しかも、ゴム弾性層２の全体に対して０．２から０．８の体積比率の高減衰ゴムからなる外周側部分３２を有しているために、ハードニング現象が生じない上に、安定な履歴特性を有し、加えて、鉛プラグ５と相俟って鉛プラグ入り積層ゴム体１の水平方向Ｈの振動を可及的速やかに減衰させることができる上に、大きな減衰を得ることができる結果、鉛プラグ入り積層ゴム体の小型化を図ることができて、製造原価を低減できると共に施工の容易化を図ることができる。
【００３４】
上記の鉛プラグ入り積層ゴム体１では、ゴム弾性層２の環状の外周側部分３２を高減衰ゴムとし、外周側部分３２に囲繞されたゴム弾性層２の内周側部分３３を天然ゴムとしたが、図４に示すように、一対の直線状の境界線４１及び４２で境界付けられるゴム弾性層２の鉛直方向Ｖに対して直交する水平方向Ｈのうちの一つの方向Ｘの一対の外側部分４３及び４４が高減衰ゴムからなっており、一対の外側部分４３及び４４に挟まれたゴム弾性層２の内側部分４５が天然ゴムからなっていてもよく、この場合にも、ゴム弾性層２の全体に対する高減衰ゴムからなるゴム弾性層２の外側部分４３及び４４の体積比率、即ち、鉛プラグ５の部分を含めないで複数のゴム弾性層２の全体の体積をＶallとし、複数のゴム弾性層２の一対の矩形状の外側部分４３及び４４の体積をＶoutとした場合、体積比率（＝Ｖout／Ｖall）を０．２から０．８とするとよい。
【００３５】
図４に示す一対の外側部分４３及び４４並びに内側部分４５を有した鉛プラグ入り積層ゴム体１を橋梁用とする場合には、方向Ｘを橋梁の橋桁の橋軸方向と一致させる一方、水平方向Ｈのうちの方向Ｘと直交する方向Ｙにゴム弾性層２をサイドブロック等の移動制限部材により剪断変形させないようにして斯かる鉛プラグ入り積層ゴム体１を橋脚と橋桁との間に設置するとよい。
【００３６】
橋梁用の鉛プラグ入り積層ゴム体１でも、ゴム弾性層２の一対の外側部分４３及び４４が高減衰ゴムからなっている一方、一対の外側部分４３及び４４に挟まれたゴム弾性層２の内側部分４５が天然ゴムからなっているために、オゾン環境に比較的弱い天然ゴムからなる内側部分４５を高減衰ゴムからなる一対の外側部分４３及び４４で保護することができ、しかも、ゴム弾性層２の全体に対して０．２から０．８の体積比率の高減衰ゴムからなる一対の外側部分４３及び４４を有しているために、ハードニング現象が生じない上に、安定な履歴特性を有し、加えて、鉛プラグ５と相俟って鉛プラグ入り積層ゴム体１の剪断方向Ｈの一つの方向であって橋軸方向である方向Ｘの振動を可及的速やかに減衰させることができる。
【００３７】
また鉛プラグ入り積層ゴム体１を図５又は図６に示すように形成してもよい。即ち図５に示す鉛プラグ入り積層ゴム体１では、ゴム弾性層２における複数個の鉛プラグ５の夫々を一個毎に個別に囲む複数個の平面視矩形状（例えば正方形）の鉛プラグ周囲部分４７が天然ゴムからなっており、鉛プラグ周囲部分４７を除くゴム弾性層２の他の部分４８が高減衰ゴムからなっており、図６に示す鉛プラグ入り積層ゴム体１では、ゴム弾性層２の複数個ｍ（図示では４個）の鉛プラグ５を複数ｎ（但し、ｍ＞ｎ、図示では２個）毎に個別に囲む平面視矩形状（例えば長方形）の鉛プラグ周囲部分４７が天然ゴムからなっており、鉛プラグ周囲部分４７を除くゴム弾性層２の他の部分４８が高減衰ゴムからなっており、いずれの鉛プラグ入り積層ゴム体１でも、ゴム弾性層２の全体に対してのゴム弾性層２の高減衰ゴムからなる部分４８の体積比率が０．２から０．８である。
【００３８】
図５又は図６に示す鉛プラグ入り積層ゴム体１も、ハードニング現象が生ない上に安定な履歴特性を有し、鉛プラグ５と相俟って大きな減衰を得ることができる結果、鉛プラグ入り積層ゴム体の小型化を図ることができて、製造原価を低減できると共に施工の容易化を図ることができる。
【実施例】
【００３９】
高さｈ＝７３．５ｍｍ、縦横長さｄ＝２４０ｍｍ、六層のゴム弾性層２の各厚みｔ１＝５ｍｍ、厚肉硬質板層２１及び２２の各厚みｔ２＝１６ｍｍ、５層の薄肉硬質板層２３の各厚みｔ３＝２．３ｍｍ、中心Ｏがゴム弾性層２の対角線上に位置する四個の鉛プラグ５の各直径φ＝３４．５ｍｍ、各鉛プラグ５の中心Ｏ間の間隔Ｄ＝１００ｍｍ、各鉛プラグ５の中心Ｏからゴム弾性層２の各一辺までの間隔Ｌ＝７０ｍｍであって、体積比率＝Ｖout／Ｖallが０、０．２、０．５、０．８及び１である図１から図３に示す被覆層１３（厚みｔ４＝５ｍｍ）付の五個の積層ゴム４を準備し、斯かる積層ゴム４の夫々に面圧６Ｎ／ｍｍ２の鉛直方向Ｖの荷重下で剪断歪率１７５％の水平方向Ｈの剪断変形を加えてその変位−応力履歴特性曲線を求め、この変位−応力履歴特性曲線から体積比率＝Ｖout／Ｖallが０、０．２、０．５、０．８及び１の夫々の場合の降伏後剛性ｋｄ（０）、ｋｄ（０．２）、ｋｄ（０．５）、ｋｄ（０．８）及びｋｄ（１）を求めた。これら降伏後剛性ｋｄ（０）、ｋｄ（０．２）、ｋｄ（０．５）、ｋｄ（０．８）及びｋｄ（１）を降伏後剛性ｋｄ（０）で基準化した降伏後剛性ｋｎｄ値を図７に示す。
【００４０】
また、上記の五個の被覆層１３付の積層ゴム４の夫々に対して、面圧６Ｎ／ｍｍ２の鉛直方向Ｖの荷重下で剪断歪率１７５％の水平方向Ｈの繰り返し剪断変形を１１サイクル加えて、その後１０分間放置した後、再び面圧６Ｎ／ｍｍ２の鉛直方向Ｖの荷重下で剪断歪率１７５％の水平方向Ｈの繰り返し剪断変形を１１サイクル加え、先行の１１サイクルの剪断変形と後続の１１サイクルの剪断変形とによる変位−応力履歴特性曲線から、先行の１１サイクル中の２サイクル目の等価剛性ｋｅｑに対する先行の１１サイクル中の１１サイクル目の等価剛性ｋｅｑの低下量と後続の１１サイクル中の１１サイクル目の等価剛性ｋｅｑの低下量とを先行の１１サイクル中の２サイクル目の等価剛性ｋｅｑを基準のレベル“１”として求めた。これら基準“１”からの等価剛性ｋｅｑの低下量を体積比率＝Ｖout／Ｖallが０である積層ゴム４の等価剛性ｋｅｑの低下量で基準化した値を図８に示す。図８において、曲線５１は、先行の１１サイクル中の１１サイクル目の基準化された等価剛性ｋｅｑの低下量であり、曲線５２は、後続の１１サイクル中の１１サイクル目（全体として２２サイクル目）の基準化された等価剛性ｋｅｑの低下量である。
【００４１】
図７から明らかであるように、体積比率＝Ｖout／Ｖallが０．２よりも小さいと、降伏後剛性ｋｄの変化が見られない結果、０．２よりも小さい体積比率＝Ｖout／Ｖallの積層ゴム４ではハードニング現象が生じやすいことを窺うことができる一方、体積比率＝Ｖout／Ｖallが０．２以上であると、降伏後剛性ｋｄが線形的に変化する結果、０．２以上の体積比率＝Ｖout／Ｖallの積層ゴム４ではハードニング現象を効果的に抑制できることを窺うことができる。
【００４２】
また図８から明らかであるように、体積比率＝Ｖout／Ｖallが０．８よりも大きいと、等価剛性ｋｅｑの低下量が大きい結果、繰り返し剪断変形を受けた際に履歴安定性が悪いことを窺うことができる一方、体積比率＝Ｖout／Ｖallが０．８以下であると、等価剛性ｋｅｑの低下量が殆どない結果、繰り返し剪断変形を受けた場合でも安定な履歴特性となることを窺うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態の好ましい例の斜視説明図である。
【図２】図１に示す例のＩＩ−ＩＩ線矢視面断面説明図である。
【図３】図１に示す例の平面説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の好ましい他の例の平面説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の好ましい他の例の平面説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の好ましい他の例の平面説明図である。
【図７】本発明の実施例の体積比率−基準化剛性曲線図である。
【図８】本発明の実施例の体積比率−基準化等価剛性低下量曲線図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 鉛プラグ入り積層ゴム体
２ ゴム弾性層
３ 硬質板層
４ 積層ゴム
５ 鉛プラグ
３２ 外周側部分
３３ 内周側部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれた少なくとも一つの柱状の鉛プラグとを有した鉛プラグ入り積層ゴム体であって、当該ゴム弾性層の外周側部分が高減衰ゴムからなっており、この外周側部分に囲繞された該ゴム弾性層の内周側部分が天然ゴムからなっており、ゴム弾性層の全体に対してのゴム弾性層の高減衰ゴムからなる外周側部分の体積比率が０．２から０．８であることを特徴とする鉛プラグ入り積層ゴム体。
【請求項２】
ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれた少なくとも一つの柱状の鉛プラグとを有した鉛プラグ入り積層ゴム体であって、当該ゴム弾性層の積層方向に対して直交する方向のうちの一つの方向における一対の外側部分が高減衰ゴムからなっており、この一対の外側部分に挟まれた該ゴム弾性層の内側部分が天然ゴムからなっており、ゴム弾性層の全体に対するゴム弾性層の高減衰ゴムからなる外側部分の体積比率が０．２から０．８であることを特徴とする鉛プラグ入り積層ゴム体。
【請求項３】
ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれた少なくとも一つの柱状の鉛プラグとを有した鉛プラグ入り積層ゴム体であって、当該ゴム弾性層の鉛プラグを囲む鉛プラグ周囲部分が天然ゴムからなっており、当該鉛プラグ周囲部分を除くゴム弾性層の他の部分が高減衰ゴムからなっており、ゴム弾性層の全体に対してのゴム弾性層の高減衰ゴムからなる部分の体積比率が０．２から０．８であることを特徴とする鉛プラグ入り積層ゴム体。
【請求項４】
高減衰ゴムは、設計歪において０．１０から０．２０の等価減衰定数を有しており、天然ゴムは、設計歪において０．０１から０．０６の等価減衰定数を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鉛プラグ入り積層ゴム体。
【請求項１】
ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれた少なくとも一つの柱状の鉛プラグとを有した鉛プラグ入り積層ゴム体であって、当該ゴム弾性層の外周側部分が高減衰ゴムからなっており、この外周側部分に囲繞された該ゴム弾性層の内周側部分が天然ゴムからなっており、ゴム弾性層の全体に対してのゴム弾性層の高減衰ゴムからなる外周側部分の体積比率が０．２から０．８であることを特徴とする鉛プラグ入り積層ゴム体。
【請求項２】
ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれた少なくとも一つの柱状の鉛プラグとを有した鉛プラグ入り積層ゴム体であって、当該ゴム弾性層の積層方向に対して直交する方向のうちの一つの方向における一対の外側部分が高減衰ゴムからなっており、この一対の外側部分に挟まれた該ゴム弾性層の内側部分が天然ゴムからなっており、ゴム弾性層の全体に対するゴム弾性層の高減衰ゴムからなる外側部分の体積比率が０．２から０．８であることを特徴とする鉛プラグ入り積層ゴム体。
【請求項３】
ゴム弾性層と硬質板層とを交互に積層してなる積層ゴムと、この積層ゴムを積層方向に関して貫通すると共に積層ゴムに拘束されて埋め込まれた少なくとも一つの柱状の鉛プラグとを有した鉛プラグ入り積層ゴム体であって、当該ゴム弾性層の鉛プラグを囲む鉛プラグ周囲部分が天然ゴムからなっており、当該鉛プラグ周囲部分を除くゴム弾性層の他の部分が高減衰ゴムからなっており、ゴム弾性層の全体に対してのゴム弾性層の高減衰ゴムからなる部分の体積比率が０．２から０．８であることを特徴とする鉛プラグ入り積層ゴム体。
【請求項４】
高減衰ゴムは、設計歪において０．１０から０．２０の等価減衰定数を有しており、天然ゴムは、設計歪において０．０１から０．０６の等価減衰定数を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鉛プラグ入り積層ゴム体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２５０３００（Ｐ２００６−２５０３００Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７０１６６（Ｐ２００５−７０１６６）
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
【Ｆターム（参考）】
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