JP2019127994A - 免震支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定な免震特性を得ることができ、加えて耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れた免震支持装置を提供すること。【解決手段】免震支持装置１は、建物等の上部の構造物に取付けられる円盤状の上板２及び基礎等の下部の構造物に取付けられる円盤状の下板３、上板２及び下板３間において交互に積層されていると共に互いに同心に配された複数枚の円環状の剛性層４及び弾性層５、上板２の下面６及び下板３の上面７並びに剛性層４及び弾性層５の夫々の内周面８及び９で規定されている中空部１０並びに内周面で剛性層４の円筒状の外周面１１に加硫接着されていると共に弾性層５の円筒状の外周面１２と一体となった筒状の被覆層１３を有した積層体１４と、中空部１０に配された鉛プラグ１５とを具備している。【選択図】図１

Description

本発明は、二つの構造物間に配されて両構造物間の相対的な水平振動のエネルギを吸収し、構造物へ入力される振動加速度を低減するための装置、特に地震エネルギを減衰して地震入力加速度を低減し、建築物、橋梁等の構造物の損壊を防止する免震支持装置に関する。

交互に積層された剛性層及び弾性層並びにこれら剛性層及び弾性層の内周面で規定された中空部を有する積層体と、この積層体の中空部に配された鉛プラグとを具備している免震支持装置であって、構造物の鉛直荷重を積層体及び鉛プラグで支持すると共に地震に起因する積層体の積層方向の一端に対しての構造物の水平方向の振動を鉛プラグの塑性変形（剪断変形）で減衰させる一方、同じく地震に起因する積層体の積層方向の一端の水平方向の振動の構造物への伝達を積層体の弾性変形（剪断弾性変形）で抑制するようになっている免震支持装置は、知られている。

そして、交互に積層された剛性層及び弾性層を含む積層体と、上面に上部の構造物が固定される一方、下面に積層体の上面が固定される上板と、下面に下部の構造物が固定される一方、上面に積層体の下面が固定される下板とを有した免震支持装置では、上部の構造物に対する下部の構造物の相対的な水平変位において、上板及び下板の夫々に近接した積層体の部分（フィレット部）に座屈の原因になり得る応力集中が生じやすく、斯かる応力集中を解消するベく、上板及び下板の夫々に近接した剛性層の外径をその他の剛性層の外径よりも大きくした免震支持装置が提案されている。

特開平１１−１４１１８０号公報 特開２００９−８１８１号公報 特開２０１４−４７９２６号公報

ところで、座屈の原因になり得る応力集中を解消し得る免震支持装置において、振動減衰効果を得るべく、積層体の中空部に鉛が圧入、充填される場合、圧入、充填されて積層体の剛性層及び弾性層の内周面に取り囲まれた鉛プラグは、弾性層の弾性により部分的に押し戻されることになるが、この押し戻しにより鉛プラグには内圧が発生する。

この発生した鉛プラグの内圧が弾性層の剛性との関連で充分でないと、免震支持装置の免震動作において、鉛プラグの外周面と剛性層及び弾性層の内周面との間に隙間が生じて、鉛プラグで効果的に振動を減衰させることができなくなる虞が生じる。

斯かる問題は、鉛プラグにおいて顕著に生じるのであるが、斯かる鉛プラグに限らず、塑性変形で振動エネルギを吸収する鉛、錫又は非鉛系低融点合金等の減衰材料からなる振動減衰体でも生じ得る。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、積層体における少なくとも上板又は下板に近接した積層体の部分での応力集中を解消することができる上に、積層体の中空部に配された振動減衰体を隙間なしに拘束し得る結果、応力集中の解消と振動減衰体の拘束との相乗効果で、安定な免震特性を得ることができ、加えて積層体の弾性層及び振動減衰体の疲労を回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れた免震支持装置を提供することにある。

本発明の免震支持装置は、上板及び下板、上板及び下板間において交互に積層された剛性層及び弾性層並びに当該上板の下面及び下板の上面並びに剛性層及び弾性層の夫々の内周面で規定されている中空部を夫々有している積層体と、この積層体の中空部に配された振動減衰体とを具備していると共に上板に加わる剛性層及び弾性層の積層方向の荷重を積層体及び振動減衰体を介して下板で支持するようになっており、剛性層は、少なくとも一つの上部剛性層と、少なくとも一つの下部剛性層と、積層方向における少なくとも一つの上部剛性層及び少なくとも一つの下部剛性層間で積層方向に並んで配された複数の中間部剛性層とを具備しており、少なくとも一つの上部剛性層及び少なくとも一つの下部剛性層のうちの少なくとも一方は、複数の中間部剛性層の夫々の外周面よりも積層方向に直交する方向において外側に位置した外周面を有しており、支持する積層方向の荷重に基づく振動減衰体からの上板への面圧Ｐｒと積層体の当該荷重に対する受圧面での当該荷重に基づく面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）となるように、振動減衰体が中空部に配されてなる。

本発明は、支持する構造物から上板に加えられた荷重（鉛直荷重）で弾性層が積層方向（鉛直方向）において圧縮されて中空部の高さ（積層方向の長さ）が低くなると、振動減衰体が弾性層の内周面を押圧して部分的に弾性層に積層方向に直交する方向（水平方向、即ち、剪断方向）に張り出し、この張り出し、言い換えると、振動減衰体による弾性層の内周面への押圧に起因する弾性層の弾性反力に基づく振動減衰体に生じる内圧であって振動減衰体からの上板への面圧Ｐｒと積層体の当該荷重に対する受圧面での当該荷重に基づく面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が一定の関係となるように、振動減衰体が中空部に配されてなる免震支持装置では、中空部に配された振動減衰体を隙間なしに拘束し得るという知見に基づいてなされたものである。

斯かる知見に基づく本発明の免震支持装置では、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）、好ましくは、１．００を超える（比Ｐｒ／Ｐ０＞１．００）ように、より好ましくは、１．０９以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．０９）、更により好ましくは、２．０２以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧２．０２）、最も好ましくは、２．５０以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧２．５０）となるように、振動減衰体が中空部に好ましくは密に配されていると、積層方向に直交する方向の積層体の剪断弾性変形においても、中空部に配された振動減衰体を隙間なしに剛性層及び弾性層並びに上板及び下板で拘束し得る結果、安定な免震特性を得ることができ、加えて弾性層及び振動減衰体の疲労を回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れた免震支持装置を提供することができる。

本発明において、振動減衰体からの上板への面圧Ｐｒは、構造物からの荷重の大きさと中空部への振動減衰体の充填の程度と弾性層の弾性率又は剛性率の高低とによって増減し、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上である免震支持装置では、振動減衰体が弾性層に適切に食い込んで、当該弾性層の内周面は凹面になる。

ところで、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００よりも小さい免震支持装置では、中空部を規定する上板の下面、下板の上面並びに剛性層及び弾性層の夫々の内周面と、これらに接する振動減衰体の外周面、上面及び下面との間に隙間が生じ易くなり、したがって免震支持装置の作動中に、容易に剛性層及び弾性層並びに上板及び下板と振動減衰体との間に隙間が生じ、不安定な免震特性を示すことになる。これは、振動減衰体が上板及び下板並びに積層体に少なくとも剪断方向（水平方向）において隙間なしに拘束されず、振動減衰体に剪断変形以外の変形を生じることによるものと推測される。

一方、比Ｐｒ／Ｐ０が一定以上大きい免震支持装置、具体的には、比Ｐｒ／Ｐ０が５．９０よりも大きい免震支持装置では、振動減衰体が大きく弾性層に食い込んで、弾性層の内周面が過度に凹面になり、この部位の近傍での弾性層と剛性層との間の剪断応力が大きくなり過ぎ、弾性層の劣化を早め、弾性層の耐久性が劣ることになり、また、比Ｐｒ／Ｐ０が斯かる５．９０よりも大きい免震支持装置を得るには、振動減衰体の中空部への圧入を極めて大きくしなければならず、免震支持装置の製造が困難であることも判った。

そして、中空部に配された振動減衰体を隙間なしに剛性層及び弾性層並びに上板及び下板で拘束し得て、安定な免震特性を得ることができ、加えて弾性層及び振動減衰体の疲労を回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れた免震支持装置を得ることのできる比Ｐｒ／Ｐ０は、本発明の免震支持装置で免震支持する建築物及び橋梁での各荷重で好ましい範囲が存在するが、比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００であって、比Ｐｒ／Ｐ０≦５．９０である免震支持装置は、小さな振動入力では、高い剛性を示し、大きな振動入力では、低い剛性を示す機能、いわゆるトリガ機能を有する上に、大振幅の地震動に特に好ましく対応し得、しかも、製造性に極めて優れる。

加えて、本発明では、少なくとも一つの上部剛性層及び少なくとも一つの下部剛性層のうちの少なくとも一方は、複数の中間部剛性層の夫々の外周面よりも積層方向に直交する方向において外側に位置した外周面を有しているために、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）となるように振動減衰体が中空部に配されることにより更に生じ易くなる積層体における少なくとも上板又は下板に近接した部分（フィレット部）での応力集中を解消することができる。

本発明による好ましい例では、複数の中間部剛性層のうちで積層方向において少なくとも一つの上部剛性層及び少なくとも一つの下部剛性層のうちの少なくとも一方に隣接する隣接中間部剛性層は、複数の中間部剛性層のうちで積層方向において当該隣接中間部剛性層よりも中央側に位置する中央側中間部剛性層の外周面と積層方向に直交する方向において同一位置に又は当該中央側中間部剛性層の外周面よりも積層方向に直交する方向において外側に位置した外周面を有している。

本発明では、剛性層は、少なくとも一つの上部剛性層に対して積層方向において並んで配されていると共に当該少なくとも一つの上部剛性層の外周面と積層方向に直交する方向において同一位置に位置した外周面を有する少なくとも一つの他の上部剛性層を更に具備していてもよい。

本発明ではまた、剛性層は、少なくとも一つの上部剛性層を含んで互いに対して積層方向に並んで配されている複数の上部剛性層を具備していてもよく、この場合、複数の上部剛性層のうちで積層方向において上板に最も近接して配置された最上部剛性層は、当該最上部剛性層を除く上部剛性層の外周面よりも積層方向に直交する方向において外側に位置した外周面を有しており、斯かる免震支持装置によれば、積層体の水平方向変形時においても複数の上部剛性層に塑性変形が生じにくく、これにより、水平方向の剛性を安定させることができ、フィレット部の応力集中に基づく座屈等を生じさせる虞を更になくし得る。

本発明の他の好ましい例では、剛性層は、少なくとも一つの下部剛性層に対して積層方向において並んで配されていると共に当該少なくとも一つの下部剛性層の外周面と積層方向に直交する方向において同一位置に位置した外周面を有する少なくとも一つの他の下部剛性層を更に具備している。

更に、本発明では、剛性層は、少なくとも一つの下部剛性層を含んで互いに対して積層方向に並んで配されている複数の下部剛性層を具備していてもよく、この場合、複数の下部剛性層のうちで積層方向において下板に最も近接して配置された最下部剛性層は、当該最下部剛性層を除く下部剛性層の外周面よりも積層方向に直交する方向において外側に位置した外周面を有しており、斯かる免震支持装置によれば、積層体の水平方向変形時においても複数の下部剛性層に塑性変形が生じにくく、これにより、水平方向の剛性を安定させることができ、フィレット部の応力集中に基づく座屈等を生じさせる虞をなくし得る。

本発明の剛性層において、外側に配される各外周面は、上板に積層方向の荷重が加えられた状態での各弾性層の積層方向の厚みを相互に等しいとすると、好ましい例では、当該厚みの３倍以上外側に位置されるが、本発明は、これに限定されず、最低で、当該厚みの０．５倍程度外側に位置されていればよい。

本発明の免震支持装置では、積層体は、円筒状、四角、五角及び六角等の角筒状又は楕円筒状の外周面を有する剛性層の当該外周面に接着、好ましくは、加硫接着されていると共に剛性層の外周面に対応して同じく円筒状、四角、五角及び六角等の角筒状又は楕円筒状の外周面を有する弾性層の当該外周面と一体となった筒状の被覆層を更に具備していてもよく、この場合、被覆層のうちの上部剛性層及び下部剛性層のうちの少なくとも一方を覆っている被覆部は、当該被覆層のうちの中間部剛性層を覆っている被覆部の外周面よりも積層方向に直交する方向において外側に位置した外周面を有していてもよく、斯かる被覆部の外周面は、好ましい例では、筒状であり、各剛性層の外周面が円筒状であると、同じく円筒状であり、上部剛性層及び下部剛性層のうちの少なくとも一方を覆っている被覆部と中間部剛性層を覆っている被覆部とは、断面円弧凹面をもった円環状の外周面を有した被覆部で一体的に連接されているとよい。

本発明において、振動減衰体は、好ましい例では、塑性変形で振動エネルギを吸収する減衰材料からなり、斯かる減衰材料は、鉛、錫又は非鉛系低融点合金（例えば、錫−亜鉛系合金、錫−ビスマス系合金及び錫−インジウム系合金より選ばれる錫含有合金であって、具体的には、錫４２〜４３重量％及びビスマス５７〜５８重量％を含む錫−ビスマス合金等）からなっていてもよい。

本発明において、振動減衰体は、好ましい例では、中空部に剛性層及び弾性層並びに上板及び下板に対して隙間なしに配されており、本発明の免震支持装置は、下板に対しての上板の積層方向に直交する方向の振動を振動減衰体の塑性変形で減衰させる一方、下板の積層方向に直交する方向の振動の上板への伝達を積層体の剪断弾性変形で抑制するようになっている。

本発明において、上板及び積層方向において最上位の剛性層に関して、好ましい例では、上板は、貫通孔を有した上フランジ板と、この貫通孔において上フランジ板に固着された上閉塞板とを具備しており、振動減衰体の積層方向の上面は、上閉塞板の積層方向の下面に隙間なしに接触しており、振動減衰体の積層方向の上端部の外周面は、貫通孔を規定する上フランジ板の内周面に隙間なしに接触しており、他の好ましい例では、上板は、下面にキー溝を有した上フランジ板と、このキー溝において上フランジ板に嵌着されていると共に上フランジ板の下面から部分的に突出したキーとを具備しており、上部剛性層は、複数の中間部剛性層よりも厚肉であって上面に上フランジ板の下面から部分的に突出したキーが嵌着されている他のキー溝を有した１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の積層方向の厚みを有している上部厚肉鋼板からなっていてもよく、この場合、積層方向において上フランジ板と上部厚肉鋼板との間に弾性層が介在されることなしに、上部厚肉鋼板は、その上面で上フランジ板の下面に直接接触していてもよい。

本発明において、下板及び積層方向において最下位の剛性層に関して、好ましい例では、下板は、貫通孔を有した下フランジ板と、この貫通孔において下フランジ板に固着された下閉塞板とを具備しており、振動減衰体の積層方向の下面は、下閉塞板の積層方向の上面に隙間なしに接触しており、振動減衰体の積層方向の下端部の外周面は、貫通孔を規定する下フランジ板の内周面に隙間なしに接触しており、他の好ましい例では、下板は、上面にキー溝を有した下フランジ板と、このキー溝において下フランジ板に嵌着されている共に下フランジ板の上面から部分的に突出したキーとを具備しており、下部剛性層は、複数の中間部剛性層よりも厚肉であって下面に下フランジ板の上面から部分的に突出したキーが嵌着されている他のキー溝を有した１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の積層方向の厚みを有している下部厚肉鋼板からなっていてもよく、この場合、積層方向において下フランジ板と下部厚肉鋼板との間に弾性層が介在されることなしに、下部厚肉鋼板は、その下面で下フランジ板の上面に直接接触していてもよい。

本発明では、上フランジ板及び下フランジ板は、外縁が円形若しくは楕円形であっても、これに代えて、外縁が矩形若しくは方形又は五角形を含む多角形であってもよく、上フランジ板及び上閉塞板並びに下フランジ板及び下閉塞板は、好ましい例では、鋼板からなる。

本発明では、弾性層の素材としては、天然ゴム、シリコーンゴム、高減衰ゴム、ウレタンゴム又はクロロプレンゴム等を挙げることができるが、好ましくは天然ゴムであり、弾性層の各層は、好ましくは、無負荷状態（支持する積層方向の荷重が上板に加えられていない状態）において１ｍｍ〜３０ｍｍ程度の積層方向の厚みを有しているが、これに限定されず、また、上板が貫通孔を有した上フランジ板とこの貫通孔において上フランジ板に固着された上閉塞板とを具備している好ましい例では、積層方向において最上位の弾性層は、その積層方向における上面で上フランジ板の積層方向における下面に接着、好ましくは加硫接着されており、下板が貫通孔を有した下フランジ板と、この貫通孔において下フランジ板に固着された下閉塞板とを具備している好ましい例では、最下位の弾性層は、その積層方向における下面で下フランジ板の積層方向における上面に接着、好ましくは加硫接着されており、一方、剛性層の素材としては、鋼板、炭素繊維、ガラス繊維若しくはアラミド繊維等の繊維補強合成樹脂板又は繊維補強硬質ゴム板等を挙げることができ、剛性層の各層は、１ｍｍ〜６ｍｍ程度の積層方向の厚みを有していても、また、最上位及び最下位の剛性層は、１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の積層方向の厚みを有していてもよいが、これらに限定されず、加えて、剛性層及び弾性層は、その枚数においても特に限定されず、支持する構造物の荷重、剪断変形量（水平方向歪量）、弾性層の弾性率、予測される構造物への振動加速度の大きさ及び振動周期の観点から、安定な免震特性を得るべく、剛性層及び弾性層の枚数を決定すればよい。

また、本発明では、振動減衰体は、円柱状が好ましいが、他の形状のもの、例えば楕円状又は方形状であってもよく、中空部は、一つでもよいが、これに代えて、免震支持装置は、複数の中空部を有していてもよく、この複数の中空部にそれぞれ振動減衰体を配して免震支持装置を構成してもよい。なお、これら複数の中空部の夫々に関して、比Ｐｒ／Ｐ０が同一である必要はなく、比Ｐｒ／Ｐ０がそれぞれ異なっていてもよく、また、これら複数の中空部の夫々に関して比Ｐｒ／Ｐ０が上記の通り、１．００以上であることが好ましいが、複数の中空部の一部に関してのみ比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上であってもよい。

本発明によれば、積層体における少なくとも上板又は下板に近接した部分での応力集中を解消することができる上に、積層体の中空部に配された振動減衰体を隙間なしに拘束し得る結果、応力集中の解消と振動減衰体の拘束との相乗効果で、安定な免震特性を得ることができ、加えて積層体の弾性層及び振動減衰体の疲労を回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れた免震支持装置を提供し得る。

図１は、本発明の好ましい実施の形態の一具体例の図２のＩ−Ｉ線矢視断面説明図である。 図２は、図１に示す例の一部断面平面説明図である。 図３は、図１に示す例の一部拡大断面説明図ある。 図４は、図１に示す例の一部拡大断面説明図である。 図５は、図１に示す例の動作説明図である。 図６は、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００未満の免震支持装置の水平変位と水平応力との履歴特性の説明図である。 図７は、本発明の好ましい具体例の水平変位と水平応力との履歴特性の説明図である。 図８は、本発明の好ましい実施の形態の他の具体例の一部断面拡大説明図である。

次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい具体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。

図１から図４において、本例の免震支持装置１は、建物等の上部の構造物に取付けられる円盤状の上板２及び基礎等の下部の構造物に取付けられる円盤状の下板３、上板２及び下板３間において交互に積層されていると共に互いに同心に配された複数枚の円環状の剛性層４及び弾性層５、上板２の下面６及び下板３の上面７並びに剛性層４及び弾性層５の夫々の内周面８及び９で規定されている中空部１０並びに内周面で剛性層４の円筒状の外周面１１に加硫接着されていると共に弾性層５の円筒状の外周面１２と一体となった筒状の被覆層１３を有した積層体１４と、中空部１０に配された振動減衰体としての鉛プラグ１５とを具備している。

上板２は、円環状の上面２０及び円筒状の外周面２１に加えて、当該外周面２１に沿って配された複数の貫通孔２２及び中央に配された貫通孔２３を夫々有した円環状の上フランジ板２４と、貫通孔２３において上フランジ板２４に嵌合されていると共に複数の螺子２５により上フランジ板２４に固定された上閉塞板２６とを具備しており、貫通孔２３は、上フランジ板２４の円筒状の内周面２７によって規定された孔２８と、孔２８に連通すると共に円環状の段部面２９を介して内周面２７に連接した内周面３０によって規定された円形の孔３１とを具備しており、上閉塞板２６は、円筒状の外周面３２で内周面２７に、円環状の下面３３で段部面２９に夫々接触していると共に孔３１よりも大径の孔２８に嵌合された円盤状の大径上閉塞部３４と、大径上閉塞部３４よりも小径であって、円筒状の外周面３５で内周面３０に接触していると共に孔３１に嵌合された円盤状の小径上閉塞部３６とを一体的に具備しており、下面６は、平坦な円環状の上面３７を有した上フランジ板２４の平坦な円環状の下面３８と、上面３７に対して面一に配されていると共に上面３７と協働して上面２０を構成する平坦な円形の上面３９を有した大径上閉塞部３４に一体な小径上閉塞部３６の平坦な円形の下面４０とからなり、而して、剛性層４及び弾性層５の積層方向、即ち鉛直方向Ｖにおける中空部１０の鉛直方向Ｖにおける上端部は、内周面３０及び下面４０によって規定されており、斯かる上端部には、鉛直方向Ｖにおける鉛プラグ１５の上端部が配されており、鉛プラグ１５の上端部の上面及び円筒状の側面を含む外面は、内周面３０及び下面４０に隙間なしに接触している。

上板２と同様に形成された下板３は、円環状の下面５０及び円筒状の外周面５１に加えて、当該外周面５１に沿って配された複数の貫通孔５２及び中央に配された貫通孔５３を夫々有した円環状の下フランジ板５４と、貫通孔５３において下フランジ板５４に嵌合されていると共に複数の螺子５５により下フランジ板５４に固定された下閉塞板５６とを具備しており、貫通孔５３は、下フランジ板５４の円筒状の内周面５７によって規定された孔５８と、孔５８に連通すると共に円環状の段部面５９を介して内周面５７に連接した内周面６０によって規定された円形の孔６１とを具備しており、下閉塞板５６は、円筒状の外周面６２で内周面５７に、円環状の上面６３で段部面５９に夫々接触していると共に孔６１よりも大径の孔５８に嵌合された円盤状の大径下閉塞部６４と、大径下閉塞部６４よりも小径であって、円筒状の外周面６５で内周面６０に接触していると共に孔６１に嵌合された円盤状の小径下閉塞部６６とを一体的に具備しており、上面７は、平坦な円環状の下面６７を有した下フランジ板５４の平坦な円環状の上面６８と、下面６７に対して面一に配されていると共に下面６７と協働して下面５０を構成する平坦な円形の下面６９を有した大径下閉塞部６４に一体な小径下閉塞部６６の平坦な円形の上面７０とからなり、而して、鉛直方向Ｖにおける中空部１０の鉛直方向Ｖにおける下端部は、内周面６０及び上面７０によって規定されており、斯かる下端部には、鉛直方向Ｖにおける鉛プラグ１５の下端部が配されており、鉛プラグ１５の下端部の下面及び円筒状の側面を含む外面は、内周面６０及び上面７０に隙間なしに接触している。

中心８１をもって互いに同心をもって積層されていると共に円筒状の内周面８に加えて円筒状の外周面１１を有した複数の剛性層４は、鉛直方向Ｖにおいて上板２に近接して且つ鉛直方向Ｖに並んで配された二枚の上部剛性層８２及び８３と、鉛直方向Ｖにおいて下板３に近接して且つ鉛直方向Ｖに並んで配された二枚の下部剛性層８４及び８５と、鉛直方向Ｖにおける上部剛性層８３及び下部剛性層８５間で鉛直方向Ｖに並んで配された複数の中間部剛性層８６とを具備していると共に鉛直方向Ｖにおいて互いに等しい厚み（肉厚）ｔ１と鉛直方向Ｖにおいて弾性層５の互いに等しい厚み（肉厚）ｔ２となる互いに等しい間隔Ｄとをもって配されており、斯かる複数の剛性層４において、複数の中間部剛性層８６は、上部剛性層８３に鉛直方向Ｖにおいて隣接する隣接中間部剛性層８７と、下部剛性層８５に鉛直方向Ｖにおいて隣接する隣接中間部剛性層８８と、鉛直方向Ｖにおいて隣接中間部剛性層８７及び８８間に配された複数の中央側中間部剛性層８９とを具備している。

上部剛性層８２及び８３の夫々の外周面１１は、隣接中間部剛性層８７の外周面１１よりも鉛直方向Ｖに直交する方向である水平方向Ｈにおいて３×ｔｒ（但し、ｔｒは、上板２に鉛直方向Ｖの荷重Ｗが加えられた状態での各弾性層５の積層方向の厚み）以上外側、換言すると、隣接中間部剛性層８７の外周面１１よりも３×ｔｒ以上径方向の外側に配されており、下部剛性層８４及び８５の夫々の外周面１１もまた、隣接中間部剛性層８８の外周面１１よりも水平方向Ｈにおいて３×ｔｒ以上外側、換言すると、隣接中間部剛性層８８の外周面１１よりも３×ｔｒ以上径方向の外側に配されており、少なくとも一つの一の上部剛性層としての上部剛性層８２は、少なくとも一つの一の下部剛性層としての下部剛性層８４の外周面１１の径と同径の外周面１１を有しており、少なくとも一つの他の一の上部剛性層としての上部剛性層８３は、少なくとも一つの他の一の下部剛性層としての下部剛性層８５の外周面１１の径と同径の外周面１１を有しており、上部剛性層８２及び下部剛性層８４の夫々の外周面１１は、上部剛性層８３及び下部剛性層８５の夫々の外周面１１よりも水平方向Ｈにおいて３×ｔｒ以上外側、換言すると、上部剛性層８３及び下部剛性層８５の夫々の外周面１１よりも３×ｔｒ以上径方向の外側に配されており、中央側中間部剛性層８９の夫々の外周面１１は、水平方向Ｈにおいて、換言すると、径方向において互いに同一位置に配されており、水平方向Ｈにおいて、換言すると、径方向において互いに同一位置に配された隣接中間部剛性層８７及び８８の夫々の外周面１１は、中央側中間部剛性層８９の夫々の外周面１１と水平方向Ｈにおいて、換言すると、径方向において互いに同一位置に配されており、上部剛性層８２及び８３において上板２に最も近接して配置された最上部剛性層である上部剛性層８２は、上部剛性層８２を除く残る上部剛性層８３の外周面１１よりも水平方向Ｈにおいて３×ｔｒ以上外側、換言すると、上部剛性層８３の外周面１１よりも３×ｔｒ以上径方向の外側に配された外周面１１を有しており、下部剛性層８４及び８５において下板３に最も近接して配置された最下部剛性層である下部剛性層８４は、下部剛性層８４を除く残る下部剛性層８５の外周面１１よりも水平方向Ｈにおいて外側、換言すると、下部剛性層８５の外周面１１よりも３×ｔｒ以上径方向の外側に配されている外周面１１を有している。

而して、複数の剛性層４において、上部剛性層８２及び８３並びに下部剛性層８４及び８５の夫々は、複数の中間部剛性層８６のうちの上部剛性層８３及び下部剛性層８５の夫々に鉛直方向Ｖにおいて隣接する隣接中間部剛性層８７及び８８の夫々の外周面１１よりも水平方向Ｈにおいて外側に配された外周面１１を有しており、隣接中間部剛性層８７及び８８の夫々は、鉛直方向Ｖにおいて当該隣接中間部剛性層８７及び８８よりも中央側に位置する複数の中間部剛性層８６のうちの中央側中間部剛性層８９の外周面１１と水平方向Ｈにおいて同一位置に配された外周面１１を有しており、複数の中間部剛性層８６は、上部剛性層８３と下部剛性層８５との間に鉛直方向Ｖに並んで配されており、最上部剛性層である上部剛性層８２は、残る上部剛性層８３の外周面１１よりも水平方向Ｈにおいて外側に配された外周面１１を有しており、最下部剛性層である下部剛性層８４は、残る下部剛性層８５の外周面１１よりも水平方向Ｈにおいて外側に配された外周面１１を有している。

天然ゴム製の円環状のゴム板からなる複数の弾性層５において、上部剛性層８２の外周面１１と面一に配された外周面１２を有していると共に鉛直方向Ｖにおいて上フランジ板２４に隣接する最上部の弾性層９１は、鉛直方向Ｖにおけるその上面９２で当該上フランジ板２４の下面３８に、鉛直方向Ｖにおけるその下面９３で鉛直方向Ｖにおいて隣接する上部剛性層８２の上面９４に夫々加硫接着されており、下部剛性層８４の外周面１１と面一に配された外周面１２を有していると共に鉛直方向Ｖにおいて下フランジ板５４に隣接する最下部の弾性層９５は、鉛直方向Ｖにおけるその下面９６で当該下フランジ板５４の円環状の上面６８に、鉛直方向Ｖにおけるその上面９７で鉛直方向Ｖにおいて隣接する下部剛性層８４の下面９８に夫々加硫接着されており、上部剛性層８２の外周面１１よりも水平方向Ｈにおいて内側に配されている一方、上部剛性層８３の外周面１１と面一に配された外周面１２を有していると共に鉛直方向Ｖにおいて上部剛性層８２及び８３間に配された弾性層９９は、鉛直方向Ｖにおけるその上面１００及び下面１０１の夫々で上部剛性層８２及び８３の下面１０２及び上面１０３に夫々加硫接着されており、下部剛性層８４の外周面１１よりも水平方向Ｈにおいて内側に配されている一方、下部剛性層８５の外周面１１と面一に配された外周面１２を有していると共に鉛直方向Ｖにおいて下部剛性層８４及び８５間に配された弾性層１０４は、鉛直方向Ｖにおけるその下面１０５及び上面１０６の夫々で下部剛性層８４及び８５の上面１０７及び下面１０８に夫々加硫接着されており、上部剛性層８３及び下部剛性層８５の夫々の外周面１１よりも水平方向Ｈにおいて内側に配されている一方、複数の中間部剛性層８６の夫々の外周面１１と面一に配された外周面１２を有していると共に鉛直方向Ｖにおいて上部剛性層８３及び下部剛性層８５間に配された複数の弾性層１０９は、鉛直方向Ｖにおけるその上面１１０及び下面１１１の夫々で上部剛性層８３及び中間部剛性層８６の夫々の下面１１２及び下部剛性層８５及び中間部剛性層８６の夫々の上面１１３の夫々に夫々加硫接着されている。

被覆層１３は、上部剛性層８２及び８３の外周面１１並びに弾性層９１及び９９の外周面１２を覆っている被覆部１２１と、下部剛性層８４及び８５の外周面１１並びに弾性層９５及び１０４の外周面１２を覆っている被覆部１２２と、鉛直方向Ｖにおける上部剛性層８３及び下部剛性層８５間の中間部剛性層８６の外周面１１並びに複数の弾性層１０９の外周面１２を覆っていると共に円筒状の外周面１２３を有した円筒状の被覆部１２４とを一体的に具備しており、被覆部１２１及び１２２の夫々は、外周面１２３よりも水平方向Ｈにおいて外側、換言すると、外周面１２３よりも径方向の外側に配された円筒状の外周面１２５を有しており、被覆部１２１及び１２２の夫々と被覆部１２４とは、断面円弧凹面をもった筒状の外周面１２６を有した被覆部１２７で一体的に連接されている。

内周面３０及び下面４０、内周面６０及び上面７０並びに内周面８及び９で規定されていると共に水平方向Ｈにおいて積層体１４の中央に配された中空部１０に内周面３０及び下面４０、内周面６０及び上面７０並びに内周面８及び９に対して隙間なしに圧入、充填されて配されている円柱状鉛からなる鉛プラグ１５は、その塑性変形で下板３に対しての上板２の水平方向Ｈの振動を減衰させると共に積層体１４と協働して上板２を介して上部の構造物からの鉛直方向Ｖの荷重（鉛直方向Ｖの下向きの力）Ｗを支持するようになっており、斯かる鉛プラグ１５は、支持する上部の構造物からの鉛直方向Ｖの荷重Ｗが上板２に加えられていない状態（無荷重下）でも、弾性層５の弾性力に抗して弾性層５に向って水平方向Ｈに張り出して弾性層５に若干食い込み、弾性層５の内周面９を凹面１３１にする結果、内周面８及び９を含む積層体１４の内周面１３２は、当該弾性層５の内周面９の位置で凹面１３１になっている一方、剛性層４の位置で凸面１３３になっており、支持する上部の構造物からの鉛直方向Ｖの荷重Ｗが上板２に加えられた状態（荷重下）では、弾性層５が鉛直方向Ｖにおいて圧縮されて弾性層５の厚みｔ２に相当する間隔Ｄが２．５ｍｍよりも小さく、即ち厚みｔｒの値となって免震支持装置１の高さｈが低くなる結果、中空部１０に圧入、充填された鉛プラグ１５は、弾性層５の弾性力に抗して当該弾性層５により水平方向Ｈに張り出して弾性層５に食い込み、弾性層５の内周面９をより大きく水平方向（剪断方向）Ｈに凹んだ凹面１３１にする。

鉛プラグ１５は、支持する上部の構造物からの鉛直方向Ｖの荷重Ｗが上板２に加えられた状態での鉛プラグ１５からの小径上閉塞部３６の下面４０への反力（鉛直方向Ｖの上向きの力）Ｆｒによる面圧Ｐｒ（＝Ｆｒ／（小径上閉塞部３６の下面４０の面積）Ｎ／ｍ^２、但しＮはニュートン、以下、同じ）と積層体１４の当該荷重Ｗに対する受圧面での当該荷重Ｗに基づく面圧Ｐ０（＝Ｗ／（積層体１４の荷重Ｗに対する受圧面積）Ｎ／ｍ^２）との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上になるように、中空部１０に密に配されている。本例においては、積層体１４の荷重Ｗに対する受圧面積は、剛性層４において鉛直方向Ｖに関して共通の受圧面となる中間部剛性層８６の上面１１３の面積となる。

以上の免震支持装置１は、下フランジ板５４が貫通孔５２に挿入されたアンカーボルトを介して下部の構造物に、上フランジ板２４が貫通孔２２に挿入されたアンカーボルトを介して上部の構造物に夫々固定されて下部の構造物及び上部の構造物間に配され、上部の構造物の荷重Ｗを上面２０で受けて、上面２０に加わる鉛直方向Ｖの荷重Ｗを積層体１４及び鉛プラグ１５で支持すると共に下板３に対しての上板２の水平方向Ｈの振動エネルギを鉛プラグ１５の塑性変形で吸収して当該上板２の水平方向Ｈの振動を減衰させる一方、下板３の水平方向Ｈの振動の上板２への伝達を積層体１４の水平方向Ｈの剪断弾性変形及び鉛プラグ１５の水平方向Ｈの塑性変形で抑制するようになっている。

免震支持装置１を製造する場合には、まず、下フランジ板５４と下フランジ板５４に固定された下閉塞板５６とを具備した下板３上に、弾性層５となる円環状の厚さｔ２＝２．５ｍｍの複数枚のゴム板と剛性層４となる円環状の厚さｔ１＝１．６ｍｍの複数枚の鋼板とを交互に積層した後に、積層された下板３並びにゴム板及び鋼板の上に上フランジ板２４を載せると共に、これらゴム板及び鋼板の外周面を覆って被覆層１３となる厚さ２ｍｍ程度のゴムシートを当該ゴム板及び鋼板に捲き付け、型内における加圧下での加硫接着等によりこれらを相互に固定し、その後、鉛プラグ１５を中空部１０に形成すべく、中空部１０に鉛を貫通孔２３を介して圧入する。鉛の圧入は、鉛プラグ１５が中空部１０において積層体１４に対して隙間なしに拘束されるように、鉛を貫通孔２３を介して中空部１０に油圧ラム等により押し込んで行い、鉛の圧入後、中空部１０に圧入された鉛を上閉塞板２６で中空部１０に更に押し込むようにして貫通孔２３に上閉塞板２６を配して螺子２５を介して上閉塞板２６を上フランジ板２４に固定する。

製造された免震支持装置１が比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上であることを確認するために、言い換えると、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上である免震支持装置１を製造するために、上閉塞板２６に相当すると共に細孔を有した仮の上閉塞板を準備し、この仮の上閉塞板の下面にロードセル（圧力センサ）を取付け、このロードセルからのリード線を仮の上閉塞板の細孔から導出し、斯かる仮の上閉塞板を螺子２５を介して上フランジ板２４に固定した上板２に本免震支持装置１で支持する予定の荷重Ｗを加えた状態でこの導出されたリード線の電気信号を測定して、この測定した電気信号から面圧Ｐｒを検出し、この検出した面圧Ｐｒと面圧Ｐ０とから比Ｐｒ／Ｐ０を求め、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上である場合には、上板２への荷重Ｗの負荷を解除して仮の上閉塞板を上フランジ板２４から取り外し、仮の上閉塞板を本来の上閉塞板２６に取り換え、螺子２５を介して本来の上閉塞板２６を上フランジ板２４に固定し、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００よりも小さい場合には、上板２への荷重Ｗの負荷を解除して仮の上閉塞板を上フランジ板２４から取り外し、中空部１０に貫通孔２３を介して追加の鉛を圧入する。追加の鉛の中空部１０への圧入は、追加の鉛を中空部１０の上部に油圧ラム等により押し込んで行う。追加の鉛の中空部１０への圧入後、ロードセル付の仮の上閉塞板を螺子２５を介して上フランジ板２４に再び固定し、上記と同様にして比Ｐｒ／Ｐ０を求め、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上である場合には、上記と同様にして仮の上閉塞板に代えて本来の上閉塞板２６を上フランジ板２４に螺子２５を介して固定する一方、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００よりも小さい場合には、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上になるまで、以上の追加の鉛の中空部１０への圧入を繰り返す。

なお、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上になる場合には、無荷重（Ｗ＝０）で弾性層５の内周面９が凹面１３１に変形しなくてもよい。

こうして製造された免震支持装置１では、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上であるために、中空部１０に配された鉛プラグ１５を隙間なしに弾性層５及び剛性層４並びに上板２及び下板３で拘束し得る結果、安定な免震特性を得ることができ、加えて弾性層５及び鉛プラグ１５の疲労を回避することができ、特に優れた耐久性及び免震効果並びに製造性を得ることができる。

以上の免震支持装置１は、地震等が生じて下部の構造物が上部の構造物に対して水平方向Ｈに振動し、図５に示すように、積層体１４が水平方向Ｈにおいて方向Ｈ１に剪断弾性変形し、これにより上部の構造物を下部の構造物の水平方向Ｈの振動に対して免震し、しかも、鉛プラグ１５に塑性変形を生じさせて、鉛プラグ１５の塑性変形で下部の構造物に対する上部の構造物の振動エネルギを吸収して、当該振動を減衰させる。積層体１４が水平方向Ｈに関して剪断弾性変形すると、下部剛性層８５は、下部剛性層８４に対して水平方向Ｈ１に水平変位し、隣接中間部剛性層８８は、下部剛性層８５に対して水平方向Ｈ１に水平変位し、複数の中間部剛性層８６の相互は、上部剛性層８３に向かうに連れて段階的に水平方向Ｈ１に水平変位し、同様にして、上部剛性層８３は、隣接中間部剛性層８７に対して水平方向Ｈ１に水平変位し、そして、上部剛性層８２は、上部剛性層８３に対して水平方向Ｈ１に水平変位する。この水平変位において、下部剛性層８４は、下部剛性層８５の外周面１１よりも中心８１から径方向の外側に配されている外周面１１を有しているので、言い換えると、下部剛性層８４は、下部剛性層８５の径よりも大きな径を有しているので、下部剛性層８５を支え、そして、下部剛性層８４及び８５は、中間部剛性層８６の外周面１１よりも中心８１から径方向の外側に配されている外周面１１を有しているので、言い換えると、下部剛性層８４及び８５は、中間部剛性層８６の径よりも大きな径を有しているので、中間部剛性層８６、主に隣接中間部剛性層８８を支える結果、積層体１４の下板３に近接した圧縮側の部分（フィレット部）に応力集中を生じさせ難くして座屈の虞をなくし得る一方、装置を大型化させることなく当該装置が本来有する免震機能を発揮させることができる。上部剛性層８２並びに上部剛性層８２及び８３もまた、上部剛性層８３及び中間部剛性層８６との関係おいて、斯かる水平変位で下部剛性層８４及び８５と同様に作用して、積層体１４の上板２に近接した圧縮側の部分（フィレット部）に応力集中を生じさせ難くして座屈の虞をなくし得る一方、装置を大型化させることなく当該装置が本来有する免震機能を発揮させることができる。

そして、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００未満の免震支持装置では、概略、図６に示すような履歴特性になり、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上の免震支持装置１では、概略、図７に示すような履歴特性になることを確認したが、斯かる履歴特性から明らかであるように、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００未満の免震支持装置では、矢印で示す凹みが生じて不安定な免震特性となる上に、トリガ機能を好ましく得ることができないことを推認できる一方、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上の免震支持装置１では、凹みがなくなって安定な免震特性となる上に、トリガ機能を有し、大振幅の地震に対して好ましく対応し得ることを推認できる。なお、比Ｐｒ／Ｐ０が２．００以上であると、上記の安定な免震特性、トリガ機能の向上、大振幅の地震に対しての対応性が顕著に生じることを推認し得た。そして、比Ｐｒ／Ｐ０が５．９０以下であれば、製造において中空部１０への鉛の圧入が容易であり、それほど困難を伴わないことが判明した。また、比Ｐｒ／Ｐ０が５．９０を超えるように、中空部１０へ鉛を圧入しようとしたが、弾性層５の内周面１５の損壊なしに、これを行うことは困難であることも判明した。

上記の例では、剛性層４は、外周面１１を有した上部剛性層８３と、上部剛性層８３の外周面１１よりも中心８１から見て径方向の外側に位置した外周面１１を有した上部剛性層８２と、外周面１１を有した下部剛性層８５と、下部剛性層８５の外周面１１よりも中心８１から見て径方向の外側に位置した外周面１１を有した上部剛性層８４とを具備しているが、斯かる剛性層４に代えて、例えば図８に示すように、外周面１１を有した下部剛性層８４と、下部剛性層８４の外周面１１と中心８１から見て径方向の同一位置に位置した外周面１１を有すると共に下部剛性層８４に対して鉛直方向Ｖに並んで配された下部剛性層８５とを具備していてもよく、同様に、外周面１１を有した上部剛性層８２と、上部剛性層８２の外周面１１と中心８１から見て径方向の同一位置に位置した外周面１１を有すると共に上部剛性層８２に対して鉛直方向Ｖに並んで配された上部剛性層８３とを具備していてもよい。

型内における加圧下での加硫接着による積層体１４の形成において、被覆層１３となるゴムシートを用いることなしに、弾性層５の外周縁の張り出しで円筒状の被覆層１３が形成されるようにしてもよい。

１ 免震支持装置
２ 上板
３ 下板
４ 剛性層
５ 弾性層
６ 下面
７ 上面
８、９ 内周面
１０ 中空部
１１ 外周面
１２ 外周面
１３ 被覆層
１４ 積層体
１５ 鉛プラグ

Claims (9)

1. 上板及び下板、上板及び下板間において交互に積層された剛性層及び弾性層並びに当該上板の下面及び下板の上面並びに剛性層及び弾性層の夫々の内周面で規定されている中空部を夫々有している積層体と、この積層体の中空部に配された振動減衰体とを具備していると共に上板に加わる剛性層及び弾性層の積層方向の荷重を積層体及び振動減衰体を介して下板で支持するようになっており、剛性層は、少なくとも一つの上部剛性層と、少なくとも一つの下部剛性層と、積層方向における少なくとも一つの上部剛性層及び少なくとも一つの下部剛性層間で積層方向に並んで配された複数の中間部剛性層とを具備しており、少なくとも一つの上部剛性層及び少なくとも一つの下部剛性層のうちの少なくとも一方は、複数の中間部剛性層の夫々の外周面よりも積層方向に直交する方向において外側に位置した外周面を有しており、支持する積層方向の荷重に基づく振動減衰体からの上板への面圧Ｐｒと積層体の当該荷重に対する受圧面での当該荷重に基づく面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上となるように、振動減衰体が中空部に配されてなる免震支持装置。
2. 複数の中間部剛性層のうちで積層方向において少なくとも一つの上部剛性層及び少なくとも一つの下部剛性層のうちの少なくとも一方に隣接する隣接中間部剛性層は、複数の中間部剛性層のうちで積層方向において当該隣接中間部剛性層よりも中央側に位置する中央側中間部剛性層の外周面と積層方向に直交する方向において同一位置に又は当該中央側中間部剛性層の外周面よりも積層方向に直交する方向において外側に位置した外周面を有している請求項１に記載の免震支持装置。
3. 剛性層は、少なくとも一つの上部剛性層に対して積層方向において並んで配されていると共に当該少なくとも一つの上部剛性層の外周面と積層方向に直交する方向において同一位置に位置した外周面を有する少なくとも一つの他の上部剛性層を更に具備している請求項１又は２に記載の免震支持装置。
4. 剛性層は、少なくとも一つの上部剛性層を含んで互いに対して積層方向に並んで配されている複数の上部剛性層を具備しており、複数の上部剛性層のうちで積層方向において上板に最も近接して配置された最上部剛性層は、当該最上部剛性層を除く上部剛性層の外周面よりも積層方向に直交する方向において外側に位置した外周面を有している請求項１又は２に記載の免震支持装置。
5. 剛性層は、少なくとも一つの下部剛性層に対して積層方向において並んで配されていると共に当該少なくとも一つの下部剛性層の外周面と積層方向に直交する方向において同一位置に位置した外周面を有する少なくとも一つの他の下部剛性層を更に具備している請求項１から４のいずれか一項に記載の免震支持装置。
6. 剛性層は、少なくとも一つの下部剛性層を含んで互いに対して積層方向に並んで配されている複数の下部剛性層を具備しており、複数の下部剛性層のうちで積層方向において下板に最も近接して配置された最下部剛性層は、当該最下部剛性層を除く下部剛性層の外周面よりも積層方向に直交する方向において外側に位置した外周面を有している請求項１から４のいずれか一項に記載の免震支持装置。
7. 積層体は、剛性層の外周面に接着されていると共に弾性層の外周面と一体となった筒状の被覆層を更に具備しており、被覆層のうちの上部剛性層及び下部剛性層のうちの少なくとも一方を覆っている被覆部は、当該被覆層のうちの中間部剛性層を覆っている被覆部の外周面よりも積層方向に直交する方向において外側に位置した外周面を有している請求項１から６のいずれか一項に記載の免震支持装置。
8. 振動減衰体は、中空部に剛性層及び弾性層並びに上板及び下板に対して隙間なしに配されている請求項１から７のいずれか一項に記載の免震支持装置。
9. 下板に対しての上板の積層方向に直交する方向の振動を振動減衰体の塑性変形で減衰させる一方、下板の積層方向に直交する方向の振動の上板への伝達を積層体の剪断弾性変形で抑制するようになっている請求項１から８のいずれか一項に記載の免震支持装置。
   

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