JP2004052921A - 油圧式ダンパ - Google Patents
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Abstract
【課題】コントローラ等を必要とせず、セミアクティブ方式と同様の効率を有する油圧式ダンパを提供すること。
【解決手段】メインシリンダ３内にピストン５が移動可能に設けられる。ピストン５の一面にはピストンロッド７が設けられる。ピストン５によりメインシリンダ３内に第１油室９、第２油室１１が形成される。ピストン５内にはリリーフ弁１５、チェック弁１７、オリフィス１９が設けられる。メインシリンダ３の外部にサブシリンダ３１が設けられ、サブシリンダ３１内に第２ピストン３５が設けられる。第２ピストン３５はピストン５と連動する。第１油室９と第２油室１１とをつなぐ流路２３に開閉弁２５が設けられる。サブシリンダ３１の第４室３６は、チェック弁４３を介して第１アキュムレータ２１と接続され、またチェック弁５３を介して開閉弁２５と接続される。
【選択図】 図１
【解決手段】メインシリンダ３内にピストン５が移動可能に設けられる。ピストン５の一面にはピストンロッド７が設けられる。ピストン５によりメインシリンダ３内に第１油室９、第２油室１１が形成される。ピストン５内にはリリーフ弁１５、チェック弁１７、オリフィス１９が設けられる。メインシリンダ３の外部にサブシリンダ３１が設けられ、サブシリンダ３１内に第２ピストン３５が設けられる。第２ピストン３５はピストン５と連動する。第１油室９と第２油室１１とをつなぐ流路２３に開閉弁２５が設けられる。サブシリンダ３１の第４室３６は、チェック弁４３を介して第１アキュムレータ２１と接続され、またチェック弁５３を介して開閉弁２５と接続される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物等に用いられる油圧式ダンパに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震や風等による建築物の揺れを低減させるために油圧式ダンパが用いられていた。油圧式ダンパには、パッシブ式、セミアクティブ式等の油圧式ダンパが存する。
【０００３】
パッシブ式はシリンダ内にピストンを設けて、このシリンダ及びピストンロッドを構造物に固定する。シリンダ内には作動油が充填されており、構造物が揺れるとシリンダ内の作動油が圧縮され、外力に対する抵抗力が生じ、振動を減衰させる。
【０００４】
図１０の点線部３０１は、パッシブ式の油圧式ダンパの特性を示すものであり、ダンパの変位とダンパに生じる減衰力（即ち外力に対する抵抗力）との関係を表す。
【０００５】
セミアクティブ式油圧式ダンパには、油圧や変位をセンサで測定し、測定値に応じてコントローラが弁の開閉等を行い、外力に対する抵抗を生じさせ、振動を減衰させる。そして、シリンダ内をピストンが移動して反転する際、圧縮された作動油の圧縮力を電気制御により解放させるものがある。
【０００６】
図１０の実線部３０２は、セミアクティブ式の油圧式ダンパの変位と減衰力との関係を示す。図１０に示すように、一般的に、セミアクティブ式の油圧ダンパの減衰力特性は、パッシブ式の油圧ダンパに勝る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、セミアクティブ式の油圧式ダンパは、パッシブ式より効率がよいものの、電気制御を行う必要があり、センサやコントローラ等が必要となる。
【０００８】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、コントローラ等を必要とせず、セミアクティブ方式と同様の効率を有する油圧式ダンパを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための第１の発明は、作動油が充填されたメインシリンダと、前記メインシリンダ内を移動し、前記メインシリンダ内をヘッド側油室とロッド側油室に区分するピストンと、一端が前記ピストンの片側に設けられ、他端が前記メインシリンダを介して外部に突出するように設けられたピストンロッドと、前記ピストンが反転する際に、前記ヘッド側油室又は前記ロッド側油室の圧縮された作動油の圧力を解放する圧力解放機構と、を具備する油圧式ダンパである。
【００１０】
前記ヘッド側油室と前記ロッド側油室を結ぶ流路に、前記ピストンが移動する時に、作動油が圧縮される油室から、他方の油室にのみ前記作動油の流れを許容するリリーフ弁と、前記ピストンが移動しても作動油が圧縮されない油室から、他方の油室にのみ前記作動油の流れを許容するチェック弁とを設ける。
また、前記ヘッド側油室と前記ロッド側油室を結ぶ流路に、オリフィスを設けてもよい。
【００１１】
前記リリーフ弁、前記チェック弁、前記オリフィスのうち、全部又はいずれかを、前記ピストンに設けてもよい。
前記ピストン及び前記ピストンロッドを付勢するばねを設け、前記ピストンロッドの端部が構造物に接触しているようにする。このばねのばね定数は、前記ピストンロッドが前記構造物の応答に対して追従するような定数とする。
【００１２】
前記圧力解放機構は、前記ヘッド側油室と前記ロッド側油室を連結する流路に設けられた開閉弁と、前記開閉弁の開閉を制御する制御機構と、を具備する。
【００１３】
前記制御機構は、前記メインシリンダの外部に固定されるサブシリンダと、前記サブシリンダ内を移動し、前記サブシリンダ内に、作動油が充填された第３油室を形成し、前記ピストンと連動して運動する第２ピストンと、前記サブシリンダの前記第３油室及び前記メインシリンダの前記ロッド側油室に接続されるアキュムレータと、前記アキュムレータと前記第３油室を接続する流路に設けられ、前記アキュムレータ側から前記第３油室にのみ作動油を流す第２チェック弁と、前記開閉弁と前記第３油室を接続する流路に設けられ、前記第３油室から前記開閉弁側にのみ作動油を流す第３チェック弁と、を具備する。
【００１４】
前記開閉弁と前記メインシリンダの前記ロッド側油室間の流路に、第２アキュムレータが接続され、前記へッド側油室と前記ロッド側油室を連結する前記流路に可変しぼりを設けてもよい。
【００１５】
前記開閉弁には、前記サブシリンダの前記第２ピストンが、ヘッド側からロッド側に移動する移動量が所定値に達しない場合には前記開閉弁が開かないように、弁が開くまでの距離Δを設ける。
【００１６】
前記開閉弁と前記メインシリンダの前記ロッド側油室間の流路に、オリフィス、又はリリーフ弁を設ける。
【００１７】
第１の発明では、前記ピストンが反転する際に、前記ヘッド側油室又は前記ロッド側油室の圧縮された作動油の圧力が解放される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る油圧式ダンパ１の概略構成図である。
【００１９】
円筒状のメインシリンダ３内にピストン５が移動可能に設けられる。ピストン５の片面には、円柱状のピストンロッド７が設けられ、このピストンロッド７はメインシリンダ３を介して外部に突出している。このピストンロッド７の先端が構造物に接する。たとえば、図８、図９に示すように、ピストンロッド７の先端がブレース１３７に接する。なお、メインシリンダ３は構造物に固定される。
【００２０】
ピストン５によって、メインシリンダ３内は第１油室（ヘッド側油室）９と第２油室（ロッド側油室）１１に区分される。ここで、ロッド側とはピストン５に対してピストンロッド７が取り付けられた側であり、ヘッド側とはピストン５に対してピストンロッド７が取り付けられてない側である。メインシリンダ３、ピストン５、ピストンロッド７等は金属で構成される。
【００２１】
第１油室９と、第２油室１１には作動油が充填される。
ピストン５内には、いくつかの流路が設けられ、その流路にリリーフ弁１５、チェック弁１７、オリフィス１９が設けられる。
【００２２】
チェック弁１７は、作動油が第２油室１１から第１油室９側に流れようとすると開き、作動油が第２油室１１から第１油室９側に流れることを許容するが、作動油が逆方向に流れようとすると閉じて、作動油の逆方向の流れを阻止する。すなわち、作動油はチェック弁１７を介して、図中Ｂ方向にのみ流れる。
【００２３】
リリーフ弁１５は、第１油室９内の作動油の圧力がリリーフ荷重を超えると開き、作動油が第１油室９側から第２油室１１側に流れることを許容する。そして、作動油が第１油室９側から第２油室１１側に流れることにより、第１油室９内の圧力が前述したリリーフ荷重より低くなるとリリーフ弁１５は閉じて、作動油が第１油室９側から第２油室１１側には流れなくなる。また、作動油が第２油室１１側から第１油室９側に流れようとする場合、リリーフ弁１５は閉じて、このような流れを阻止する。
【００２４】
従って、第１油室９の作動油の圧力がリリーフ荷重を超えている場合のみリリーフ弁１５は開き、作動油が図中Ｃ方向に流れる。
第１油室９内にはばね１３が設けられる。このばね１３の一端はメインシリンダ３に固定され、他端がピストン５に固定される。このばね１３により、ピストン５はＡ方向の力を受け、ピストンロッド７はブレース１３７に接触している。
【００２５】
ばね１３は、第１油室９内に設けずに、メインシリンダ３の外部等に設けてもよい。この場合でも、ピストンロッド７にＡ方向の力を与えるようにばねを設置すればよい。
第１油室９と、第２油室１１とを連結する流路２３がメインシリンダ３の外部に設けられる。流路２３は、例えば管である。流路２３の途中には、開閉弁２５および可変しぼり２７が設けられる。
【００２６】
開閉弁２５は、ばね２６の働きにより、通常時は閉じており、流路２３を介して作動油が第１油室９と第２油室１１の間を移動することはない。流路５１から送られる作動油の圧力が高くなると、開閉弁２５が開き、流路２３を介して作動油が第１油室９と第２油室１１の間を移動できる。可変しぼり２７は、流路２３を流れる作動油の量等を可変する。この流路２３に第１アキュムレータ２１が設けられる。
【００２７】
また、後述するが開閉弁２５には流路５１からの作動油の圧力が微小である場合に、開閉弁２５が開かないように、距離Δが設けられている。
【００２８】
メインシリンダ３の外部に、サブシリンダ３１が固定部３３によって固定される。
サブシリンダ３１内に、第２ピストン３５が設けられ、第２ピストン３５には、第２ピストンロッド３７が設けられ、この第２ピストンロッド３７の他端が連結部３９に設けられる。連結部３９は、ピストンロッド７に固定されている。従って、ピストン５と第２ピストン３５は連動する。
【００２９】
サブシリンダ３１は、第２ピストン３５により第３室３４、第４室（ロッド側油室）３６に分割される。尚、第４室（ロッド側油室）３６の内部には作動油が充填される。第３室３４には作動油は充填せず空室である。
第１アキュムレータ２１と、第４室３６をつなぐ流路４１に、第２チェック弁４３が設けられる。
開閉弁２５と第４室３６をつなぐ流路５１に、第３チェック弁５３が設けられる。
【００３０】
第２チェック弁４３は、作動油が第１アキュムレータ２１側から第４室３６側に流れる場合のみ開き、作動油はこの方向には流れるが、逆方向には流れない。第３チェック弁５３は、作動油が第４室３６側から開閉弁２５側に流れる場合にのみ開き、作動油はこの方向には流れるが、逆方向には流れない。
【００３１】
第１アキュムレータ２１と流路２３をつなぐ流路２９から分岐して、開閉弁２５側に流路４０が設けられ、この流路４０にオリフィス５７が設けられる。また、オリフィス５７の代わりに、開閉弁２５側から流路２９側に作動油の流れを許容するリリーフ弁を設けてもよい。
【００３２】
第２ピストン３５が、ピストン５とともにＡ方向に移動する場合、第４室３６内にある作動油は、流路５１を介して開閉弁２５側に流れる。オリフィス５７の抵抗により、流路５１の圧力が上昇し、開閉弁２５がばね２６の力に勝って開く。開閉弁２５が開くことで流路２３が確保され、メインシリンダ３内の第１油室９から第２油室１１へ作動油が流れて第１油室９の圧力が解放される。尚、作動油の一部はオリフィス５７を介して第１アキュムレータ２１側に流れる。
【００３３】
第２ピストン３５が、図３に示すようにピストン５とともにＤ方向に移動する場合、第１アキュムレータ２１から流路４１を介して第４室３６内に作動油が送られる。
【００３４】
次に、図１から図５、及び図６を用いて、この油圧式ダンパ１の動作を説明する。図１から図５は、油圧式ダンパ１の動作状態を示し、図６は油圧式ダンパ１の動作状態による、変位と減衰力との関係を示す図である。後述するが、この油圧式ダンパ１のメインシリンダ３は、図９に示すように、構造物に固定され、ピストンロッド７の端部がブレース１３７に接触する。構造物に地震力等が加わり、構造物に振動が生じる場合を想定する。
【００３５】
尚、
１．構造物にＡ方向の力が働いている・・・図１、図６の１０５部
２．Ａ方向の力が、逆方向（Ｄ方向）に切り替わる瞬間・・・図２、図６の１０６部
３．構造物にＤ方向の力が働いている・・・図３、図６の１０１部
４．Ｄ方向の力が、逆方向（Ａ方向）に切り替わる瞬間・・・図４、図６の１０３部
５．Ａ方向に力が働き、ヘッド側油室の圧力を解放・・・図５、図６の１０４部の手順に従って説明する。
また、図６の横軸はピストン５の変位であり、図６ではＤ方向への変位を正方向としている。また、減衰力とは、ヘッド側油室（第１油室９）に充填された作動油の圧力により、ピストン５をＡ方向に押し戻そうとする反力である。
【００３６】
（１．構造物にＡ方向の力が働いている）
図１では、地震等により構造物にはＡ方向に外力が加わり、ピストン５及びピストンロッド７も図中Ａ方向に移動している。このとき、第２油室１１と、第１油室９の作動油の圧力は等しいので、第２油室１１内の作動油はピストンロッド７のＡ方向への移動に伴い、チェック弁１７を介して第１油室９側に流れる。従って、第２油室１１内の作動油が圧縮されることはない。
【００３７】
このとき、リリーフ弁１５は閉じており、リリーフ弁１５を介して作動油が第２油室１１から第１油室９に流れることはない。また、ピストン５は、ばね１３によってＡ方向に向かいブレース１３７に接触する力を受ける。図１でピストン５は、ヘッド側油室（第１油室９）に充填された作動油が圧縮されることはないので、ピストン５を逆方向に押し戻そうとする減衰力は受けない。
【００３８】
図６では、１０５部に相当する。即ちピストン５の変位は、負方向（即ちＡ方向）に向かい、その間、ピストン５は圧力を受けないため、油圧式ダンパ１には減衰力が発生しない。
【００３９】
一方、サブシリンダ３１では、第２ピストン３５がＡ方向に移動し、第４室３６内の作動油が圧縮され、チェック弁５３が開くので、この作動油は流路５１を流れて開閉弁２５を開く。ただし作動油の圧力が、ばね２６の圧力に勝っている間のみ開閉弁２５は開く。
【００４０】
（２．Ａ方向の力が、逆方向（Ｄ方向）に切り替わる瞬間）
図１の状態から、構造物にＡ方向の力が働いて、構造物及びピストン５はＡ方向に移動し、図２の状態となる。図２は、揺れの方向が逆転する（即ち揺れがＤ方向に変わる）瞬間であり、図６の１０６部に相当する。このとき、チェック弁１７は閉じる。リリーフ弁１５は当初は閉じている。
【００４１】
また、サブシリンダ３１の第２ピストン３５もＤ方向に移動しようとするので、流路５１の第３チェック弁５３が閉じ、従って開閉弁２５も閉じる。
【００４２】
（３．構造物にＤ方向の力が働いている）
図３は、構造物にＤ方向の力が働いている状態の油圧式ダンパ１を示す。ピストン５がＤ方向に移動すると、第１油室９内の作動油が圧縮されてくる。なお、オリフィス１９を介して作動油は第１油室９から第２油室１１側に少量流れている。
【００４３】
第１油室９内の作動油が圧縮されるので、ピストン５には、この作動油による反力が加わり、この力がＡ方向の力を打ち消す方向に働くので振動が減衰する。このときのピストン５のＤ方向への変位と、第１油室９で圧縮された作動油により発生する油圧式ダンパ１の減衰力との関係は、図６の１０１部に示される。
【００４４】
ピストン５がＤ方向に更に移動し、第１油室９内の作動油が更に圧縮されると、第１油室９内の作動油の圧力がリリーフ荷重を超えるので、リリーフ弁１５が開となり、第１油室９側から第２油室１１側に作動油が流れる。これに伴い、第１油室９内の作動油の圧力が一定に保たれる。リリーフ弁１５が開く瞬間は、図６の１０２部に示される。
【００４５】
即ち、ピストン５及びピストンロッド７がＤ方向に移動する場合には、第１油室９内の作動油が圧縮されることにより、この作動油からピストン５に対して反力が加わる。
【００４６】
一方、第２ピストン３５もＤ方向に移動する。チェック弁５３は閉じているので、第４室３６内の作動油が開閉弁２５側に流れることはなく、第４室３６にアキュムレータ２１から作動油が送られる。このとき、開閉弁２５には油圧が加わらず、開閉弁２５は閉じたままである。
【００４７】
（４．Ｄ方向の力が、逆方向（Ａ方向）に切り替わる瞬間）
ピストン５が図４に示す位置まで移動したとき、構造物への揺れの方向が変わったとする。即ちピストン５の移動方向が変わり、ピストン５及びピストンロッド７はＡ方向に移動する。揺れの方向がＡ方向に変わった瞬間を図６の１０３部に示す。
【００４８】
（５．Ａ方向に力が働き、ヘッド側油室の圧力を解放）
図４に示す状態から、ピストン５及び第２ピストン３５がＡ方向に移動すると、サブシリンダ３１の第４室３６内の作動油が圧縮され、この作動油は流路５１を介して、開閉弁２５側に流れ、作動油の油圧により開閉弁２５が押される。
【００４９】
即ち、開閉弁２５に油圧が加わり、ばね２６の圧力に勝ると開閉弁２５が開く。尚、開閉弁２５は、開くまでの距離Δ（図４に示す）を有しているので、油圧が加わってもすぐに開くことはない。流路４０に急激に流れ込む作動油の一部は第２アキュムレータ５５に吸収される。
【００５０】
図７は、縦軸正方向に第２ピストン３５のＤ方向への変位（負方向がＡ方向への変位）を示す。図７の２０１部は、第２ピストン３５がＤ方向に変位している場合であり、開閉弁２５は閉じている。しかしながら、第２ピストン３５は微小に変位しており、例えばＤ方向に変位しているとき（図７の２０１部）の揺れ戻し（Ａ方向）の変位ｙ１により、開閉弁２５が開かないように、開閉弁２５が開くまでの距離Δの余裕を備えている。図７の２０２部は、揺れの方向がＡ方向に変わった瞬間（即ち図６の１０３部）であり、このときの第２ピストン３５のＡ方向への変位ｙ２は、開閉弁２５が開く距離Δよりも大きいので、開閉弁２５は開く。尚、図７の２０３部では開閉弁２５は開き、２０４部（揺れの方向がＡ方向からＤ方向に変わる瞬間）では開閉弁２５は閉じる。
【００５１】
図５に示すように、開閉弁２５が開くと、メインシリンダ３内の圧縮された作動油が流路２３を介して第２油室１１側に流れ、第１油室９内の圧縮力が解放される。第１油室９と第２油室１１の圧力が等しくなって初めて、チェック弁１７は開き、ピストン５のＡ方向への移動に伴い、第２油室１１から第１油室９側に作動油が流れる。第１油室９内の作動油による圧縮力が解放される状態は、図６の１０４部に示す。
【００５２】
尚、図６の１０７部は、第１油室９内の作動油の圧力がリリーフ荷重に達しないうちに外力の方向がＤ方向からＡ方向に変わり、圧縮力が解放される状態を示す。即ち、リリーフ弁１５は閉じたままの状態である。
【００５３】
第１油室９内の作動油による圧縮力が解放された後、図１及び図６の１０６部の状態に戻り、以下、同様の動作を繰り返す。
【００５４】
このように、油圧式ダンパ１が構造物に取り付けられ、地震等により外力が加わると、図１から図５に示すように、油圧式ダンパ１では、ピストン５がＡ方向に移動する場合には、外力に対する抵抗力は発生しないが、図３に示すように、ピストン５及びピストンロッド７がＤ方向に移動するときには、第１油室９内の作動油が圧縮されるので、ピストン５に反力が加わり、この反力は地震等の外力を打ち消す方向に働くので振動が減衰する。
【００５５】
そして、図４、図５に示すように、ピストン５の移動方向がＤ方向からＡ方向に反転する際に第１油室９内の作動油の圧縮力は開閉弁２５の動作により解放される。
【００５６】
従って、この油圧式ダンパ１の特性は、図１０に示すセミアクティブ式のダンパと同様の特性（３０２部）を有することになる。
【００５７】
次に、この油圧式ダンパ１が実際に建築物に取り付けられる例を示す。
図８は、この油圧式ダンパ１が取り付けられた高層ビル１３１を示し、図７は、油圧式ダンパ１の取り付け部分の拡大図である。
【００５８】
高層ビル１３１は、多数の梁１３３と柱１３５等を有する。図９に示すように、梁１３３ａから下側斜め方向にブレース１３７ａ、１３７ｂが設けられる。梁１３３ｂには、基台１３９ａ、１３９ｂが設けられ、基台１３９ａには油圧式ダンパ１ａのシリンダ部分が固定され、油圧式ダンパ１ａのピストンロッド７ａは、ブレース１３７ａの端部１４１ａに接触する。同様に、基台１３９ｂには油圧式ダンパ１ｂのシリンダ部分が固定され、油圧式ダンパ１ｂのピストンロッド７ｂは、ブレース１３７ｂの端部１４１ｂに接触する。
【００５９】
油圧式ダンパ１ａは、そのシリンダ部分を基台１３９ａに固定し、ピストンロッド７ａは、ブレース１３７ａの端部１４１ａに接触している。すなわち、ばね１３ａによりピストンロッド７ａは、ブレース１３７ａの端部１４１ａ側に押されているので、ピストンロッド７ａが端部１４１ａと接触している。同様に、ばね１３ｂによりピストンロッド７ｂは、ブレース１３７ｂの端部１４１ｂ側に押されているので、ピストンロッド７ｂが端部１４１ｂと接触している。
【００６０】
高層ビル１３１に地震力等が加わった場合、梁１３３、柱１３５、ブレース１３７ａ、１３７ｂも振動するが、ばね１３の働きによりピストンロッド７ａは、ブレース１３７ａの端部１４７ａとの接触を保持している。
【００６１】
そして、高層ビル１３１がＡ方向に移動する場合、油圧式ダンパ１ｂによる抵抗力がブレース１３７ｂに加わり、高層ビル１３１がＤ方向に移動する場合、油圧式ダンパ１ａによる抵抗力がブレース１３７ａに加わり、高層ビル１３１の振動が低減する。
【００６２】
このように本実施の形態では、センサやコントローラ等を用いることなく、セミアクティブ方式のダンパとほぼ同様の機能を有する油圧式ダンパを提供することができる。
【００６３】
本実施の形態で説明した、減衰力特性（図６に示す）を持つ油圧式ダンパ１は、前述したように、高層ビル１３１の柱１３５ａとブレース１３７ａ間、及び柱１３５ｂとブレース１３７ｂ間にバランスよく配置することにより、高層ビル１３１全体として図１０の実線部３０２に示すような外力に対する減衰力特性を示す。
【００６４】
また、油圧式ダンパ１ａ、１ｂを高層ビル１３１に取り付ける場合、シリンダ部分を基台１３９ａ、１３９ｂに取り付ければよく、ピストンロッド７ａ、７ｂはブレース１３７ａ、１３７ｂに固定する必要がないので、油圧式シリンダ１ａ、１ｂの取り付け作業は容易なものとなる。
【００６５】
また、ピストンロッド７ａ、７ｂは地震変形に追従する。この為、ばね１３のばね定数を高層ビル１３１等の構造物の応答にピストンロッド７ａ、７ｂが追従する程度のものとする。具体的には、ばね１３のばね定数を高層ビル１３１の固有振動数の例えば２〜３倍程度のものとする。
【００６６】
尚、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
たとえば、メインシリンダ３外に管等で流路を構成し、この流路にリリーフ弁１５、チェック弁１７、オリフィス１９を設けるようにしてもよい。
【００６７】
また、油圧式ダンパ１を建築物と建築物との間に取り付けてもよい。
【００６８】
本発明では、ヘッド側油室（第１油室９）の圧縮された作動油を一気に解放する機構について説明したが、ロッド側油室（第２油室１１）の圧縮された作動油を一気に解放する構成とすることもできる。
【００６９】
本発明では、メインシリンダ３とサブシリンダ３１を、連結部３９に対して同一方向に設け、メインシリンダ３のピストンロッド７がヘッド側からロッド側に揺れ戻す時に、サブシリンダ３１のロッド側油室に充填された作動油が開閉弁２５を開き、ヘッド側油室の圧縮された作動油を一気に解放する構成を示したが、メインシリンダ３とサブシリンダ３１を連結部３９に対して逆方向に設置したり、メインシリンダ３を異なる構成とすることもできる。
【００７０】
例えば以下３つの例を上げる。
例１．サブシリンダ３１を、連結部３９に対してメインシリンダ３と逆方向に設け、サブシリンダ３１の第２ピストン３５のヘッド側に油室を設ける。ピストンロッド７が、ヘッド側からロッド側に揺れ戻す時に、サブシリンダ３１のヘッド側油室に充填された作動油が開閉弁２５を開き、メインシリンダ３のヘッド側油室の圧縮された作動油を一気に解放する。尚、メインシリンダ３の、リリーフ弁１５とチェック弁１７の向きは本実施の形態と同じである。
【００７１】
例２．メインシリンダ３のピストンロッド７と連結部３９とを、構造物のブレース１３７に固定し、リリーフ弁１５及びチェック弁１７の向きを本実施の形態とは逆方向にする。メインシリンダ３とサブシリンダ３１を、連結部３９に対して同一方向に設け、サブシリンダ３１の第２ピストン３５のヘッド側に油室を設ける。ピストンロッド７が、ロッド側からヘッド側に揺れ戻す時に、サブシリンダ３１のヘッド側油室に充填された作動油が開閉弁２５に流れることで、メインシリンダ３のロッド側油室の圧縮された作動油を一気に解放する。
【００７２】
例３．メインシリンダ３のピストンロッド７と連結部３９とを、構造物のブレース１３７に固定し、リリーフ弁１５及びチェック弁１７の向きを本実施の形態とは逆方向にする。サブシリンダ３１を、連結部３９に対してメインシリンダ３と逆方向に設け、サブシリンダ３１の第２ピストン３５のロッド側に油室を設ける。ピストンロッド７が、ロッド側からヘッド側に揺れ戻す時に、サブシリンダ３１のロッド側油室に充填された作動油が開閉弁２５に流れることで、メインシリンダ３のロッド側油室の圧縮された作動油を一気に解放する。
【００７３】
上記の例に限定されることなく、他の変形も可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明によれば、コントローラ等を必要とせず、セミアクティブ方式と同様の効率を有する油圧式ダンパを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】油圧式ダンパ１の概略構成図
【図２】油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図３】油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図４】油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図５】油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図６】油圧式ダンパ１の変位と減衰力の特性を示す図
【図７】第２ピストン３５の変位を示す図
【図８】高層ビル１３１の概略構成図
【図９】油圧式ダンパの取り付け部分の拡大図
【図１０】セミアクティブ式、及びパッシブ式の油圧式ダンパの特性を示す図
【符号の説明】
１、５１……油圧式ダンパ
３………メインシリンダ
５………ピストン
７………ピストンロッド
９………第１油室
１１………第２油室
１３………ばね
１５………リリーフ弁
１７………チェック弁
１９………オリフィス
２１………アキュムレータ
２３………流路
２５………開閉弁
２７………可変しぼり
２９………流路
３１………サブシリンダ
３４………第３室
３５………第２ピストン
３６………第４室
３７………第２ピストンロッド
３９………連結具
４０、４１………流路
４３………第２チェック弁
５１………流路
５３………第３チェック弁
５５………第２アキュムレータ
５７………オリフィス
１３１………高層ビル
１３３………梁
１３５………柱
１３７………ブレース
１３９………基台
１４１………端部
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物等に用いられる油圧式ダンパに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震や風等による建築物の揺れを低減させるために油圧式ダンパが用いられていた。油圧式ダンパには、パッシブ式、セミアクティブ式等の油圧式ダンパが存する。
【０００３】
パッシブ式はシリンダ内にピストンを設けて、このシリンダ及びピストンロッドを構造物に固定する。シリンダ内には作動油が充填されており、構造物が揺れるとシリンダ内の作動油が圧縮され、外力に対する抵抗力が生じ、振動を減衰させる。
【０００４】
図１０の点線部３０１は、パッシブ式の油圧式ダンパの特性を示すものであり、ダンパの変位とダンパに生じる減衰力（即ち外力に対する抵抗力）との関係を表す。
【０００５】
セミアクティブ式油圧式ダンパには、油圧や変位をセンサで測定し、測定値に応じてコントローラが弁の開閉等を行い、外力に対する抵抗を生じさせ、振動を減衰させる。そして、シリンダ内をピストンが移動して反転する際、圧縮された作動油の圧縮力を電気制御により解放させるものがある。
【０００６】
図１０の実線部３０２は、セミアクティブ式の油圧式ダンパの変位と減衰力との関係を示す。図１０に示すように、一般的に、セミアクティブ式の油圧ダンパの減衰力特性は、パッシブ式の油圧ダンパに勝る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、セミアクティブ式の油圧式ダンパは、パッシブ式より効率がよいものの、電気制御を行う必要があり、センサやコントローラ等が必要となる。
【０００８】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、コントローラ等を必要とせず、セミアクティブ方式と同様の効率を有する油圧式ダンパを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための第１の発明は、作動油が充填されたメインシリンダと、前記メインシリンダ内を移動し、前記メインシリンダ内をヘッド側油室とロッド側油室に区分するピストンと、一端が前記ピストンの片側に設けられ、他端が前記メインシリンダを介して外部に突出するように設けられたピストンロッドと、前記ピストンが反転する際に、前記ヘッド側油室又は前記ロッド側油室の圧縮された作動油の圧力を解放する圧力解放機構と、を具備する油圧式ダンパである。
【００１０】
前記ヘッド側油室と前記ロッド側油室を結ぶ流路に、前記ピストンが移動する時に、作動油が圧縮される油室から、他方の油室にのみ前記作動油の流れを許容するリリーフ弁と、前記ピストンが移動しても作動油が圧縮されない油室から、他方の油室にのみ前記作動油の流れを許容するチェック弁とを設ける。
また、前記ヘッド側油室と前記ロッド側油室を結ぶ流路に、オリフィスを設けてもよい。
【００１１】
前記リリーフ弁、前記チェック弁、前記オリフィスのうち、全部又はいずれかを、前記ピストンに設けてもよい。
前記ピストン及び前記ピストンロッドを付勢するばねを設け、前記ピストンロッドの端部が構造物に接触しているようにする。このばねのばね定数は、前記ピストンロッドが前記構造物の応答に対して追従するような定数とする。
【００１２】
前記圧力解放機構は、前記ヘッド側油室と前記ロッド側油室を連結する流路に設けられた開閉弁と、前記開閉弁の開閉を制御する制御機構と、を具備する。
【００１３】
前記制御機構は、前記メインシリンダの外部に固定されるサブシリンダと、前記サブシリンダ内を移動し、前記サブシリンダ内に、作動油が充填された第３油室を形成し、前記ピストンと連動して運動する第２ピストンと、前記サブシリンダの前記第３油室及び前記メインシリンダの前記ロッド側油室に接続されるアキュムレータと、前記アキュムレータと前記第３油室を接続する流路に設けられ、前記アキュムレータ側から前記第３油室にのみ作動油を流す第２チェック弁と、前記開閉弁と前記第３油室を接続する流路に設けられ、前記第３油室から前記開閉弁側にのみ作動油を流す第３チェック弁と、を具備する。
【００１４】
前記開閉弁と前記メインシリンダの前記ロッド側油室間の流路に、第２アキュムレータが接続され、前記へッド側油室と前記ロッド側油室を連結する前記流路に可変しぼりを設けてもよい。
【００１５】
前記開閉弁には、前記サブシリンダの前記第２ピストンが、ヘッド側からロッド側に移動する移動量が所定値に達しない場合には前記開閉弁が開かないように、弁が開くまでの距離Δを設ける。
【００１６】
前記開閉弁と前記メインシリンダの前記ロッド側油室間の流路に、オリフィス、又はリリーフ弁を設ける。
【００１７】
第１の発明では、前記ピストンが反転する際に、前記ヘッド側油室又は前記ロッド側油室の圧縮された作動油の圧力が解放される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る油圧式ダンパ１の概略構成図である。
【００１９】
円筒状のメインシリンダ３内にピストン５が移動可能に設けられる。ピストン５の片面には、円柱状のピストンロッド７が設けられ、このピストンロッド７はメインシリンダ３を介して外部に突出している。このピストンロッド７の先端が構造物に接する。たとえば、図８、図９に示すように、ピストンロッド７の先端がブレース１３７に接する。なお、メインシリンダ３は構造物に固定される。
【００２０】
ピストン５によって、メインシリンダ３内は第１油室（ヘッド側油室）９と第２油室（ロッド側油室）１１に区分される。ここで、ロッド側とはピストン５に対してピストンロッド７が取り付けられた側であり、ヘッド側とはピストン５に対してピストンロッド７が取り付けられてない側である。メインシリンダ３、ピストン５、ピストンロッド７等は金属で構成される。
【００２１】
第１油室９と、第２油室１１には作動油が充填される。
ピストン５内には、いくつかの流路が設けられ、その流路にリリーフ弁１５、チェック弁１７、オリフィス１９が設けられる。
【００２２】
チェック弁１７は、作動油が第２油室１１から第１油室９側に流れようとすると開き、作動油が第２油室１１から第１油室９側に流れることを許容するが、作動油が逆方向に流れようとすると閉じて、作動油の逆方向の流れを阻止する。すなわち、作動油はチェック弁１７を介して、図中Ｂ方向にのみ流れる。
【００２３】
リリーフ弁１５は、第１油室９内の作動油の圧力がリリーフ荷重を超えると開き、作動油が第１油室９側から第２油室１１側に流れることを許容する。そして、作動油が第１油室９側から第２油室１１側に流れることにより、第１油室９内の圧力が前述したリリーフ荷重より低くなるとリリーフ弁１５は閉じて、作動油が第１油室９側から第２油室１１側には流れなくなる。また、作動油が第２油室１１側から第１油室９側に流れようとする場合、リリーフ弁１５は閉じて、このような流れを阻止する。
【００２４】
従って、第１油室９の作動油の圧力がリリーフ荷重を超えている場合のみリリーフ弁１５は開き、作動油が図中Ｃ方向に流れる。
第１油室９内にはばね１３が設けられる。このばね１３の一端はメインシリンダ３に固定され、他端がピストン５に固定される。このばね１３により、ピストン５はＡ方向の力を受け、ピストンロッド７はブレース１３７に接触している。
【００２５】
ばね１３は、第１油室９内に設けずに、メインシリンダ３の外部等に設けてもよい。この場合でも、ピストンロッド７にＡ方向の力を与えるようにばねを設置すればよい。
第１油室９と、第２油室１１とを連結する流路２３がメインシリンダ３の外部に設けられる。流路２３は、例えば管である。流路２３の途中には、開閉弁２５および可変しぼり２７が設けられる。
【００２６】
開閉弁２５は、ばね２６の働きにより、通常時は閉じており、流路２３を介して作動油が第１油室９と第２油室１１の間を移動することはない。流路５１から送られる作動油の圧力が高くなると、開閉弁２５が開き、流路２３を介して作動油が第１油室９と第２油室１１の間を移動できる。可変しぼり２７は、流路２３を流れる作動油の量等を可変する。この流路２３に第１アキュムレータ２１が設けられる。
【００２７】
また、後述するが開閉弁２５には流路５１からの作動油の圧力が微小である場合に、開閉弁２５が開かないように、距離Δが設けられている。
【００２８】
メインシリンダ３の外部に、サブシリンダ３１が固定部３３によって固定される。
サブシリンダ３１内に、第２ピストン３５が設けられ、第２ピストン３５には、第２ピストンロッド３７が設けられ、この第２ピストンロッド３７の他端が連結部３９に設けられる。連結部３９は、ピストンロッド７に固定されている。従って、ピストン５と第２ピストン３５は連動する。
【００２９】
サブシリンダ３１は、第２ピストン３５により第３室３４、第４室（ロッド側油室）３６に分割される。尚、第４室（ロッド側油室）３６の内部には作動油が充填される。第３室３４には作動油は充填せず空室である。
第１アキュムレータ２１と、第４室３６をつなぐ流路４１に、第２チェック弁４３が設けられる。
開閉弁２５と第４室３６をつなぐ流路５１に、第３チェック弁５３が設けられる。
【００３０】
第２チェック弁４３は、作動油が第１アキュムレータ２１側から第４室３６側に流れる場合のみ開き、作動油はこの方向には流れるが、逆方向には流れない。第３チェック弁５３は、作動油が第４室３６側から開閉弁２５側に流れる場合にのみ開き、作動油はこの方向には流れるが、逆方向には流れない。
【００３１】
第１アキュムレータ２１と流路２３をつなぐ流路２９から分岐して、開閉弁２５側に流路４０が設けられ、この流路４０にオリフィス５７が設けられる。また、オリフィス５７の代わりに、開閉弁２５側から流路２９側に作動油の流れを許容するリリーフ弁を設けてもよい。
【００３２】
第２ピストン３５が、ピストン５とともにＡ方向に移動する場合、第４室３６内にある作動油は、流路５１を介して開閉弁２５側に流れる。オリフィス５７の抵抗により、流路５１の圧力が上昇し、開閉弁２５がばね２６の力に勝って開く。開閉弁２５が開くことで流路２３が確保され、メインシリンダ３内の第１油室９から第２油室１１へ作動油が流れて第１油室９の圧力が解放される。尚、作動油の一部はオリフィス５７を介して第１アキュムレータ２１側に流れる。
【００３３】
第２ピストン３５が、図３に示すようにピストン５とともにＤ方向に移動する場合、第１アキュムレータ２１から流路４１を介して第４室３６内に作動油が送られる。
【００３４】
次に、図１から図５、及び図６を用いて、この油圧式ダンパ１の動作を説明する。図１から図５は、油圧式ダンパ１の動作状態を示し、図６は油圧式ダンパ１の動作状態による、変位と減衰力との関係を示す図である。後述するが、この油圧式ダンパ１のメインシリンダ３は、図９に示すように、構造物に固定され、ピストンロッド７の端部がブレース１３７に接触する。構造物に地震力等が加わり、構造物に振動が生じる場合を想定する。
【００３５】
尚、
１．構造物にＡ方向の力が働いている・・・図１、図６の１０５部
２．Ａ方向の力が、逆方向（Ｄ方向）に切り替わる瞬間・・・図２、図６の１０６部
３．構造物にＤ方向の力が働いている・・・図３、図６の１０１部
４．Ｄ方向の力が、逆方向（Ａ方向）に切り替わる瞬間・・・図４、図６の１０３部
５．Ａ方向に力が働き、ヘッド側油室の圧力を解放・・・図５、図６の１０４部の手順に従って説明する。
また、図６の横軸はピストン５の変位であり、図６ではＤ方向への変位を正方向としている。また、減衰力とは、ヘッド側油室（第１油室９）に充填された作動油の圧力により、ピストン５をＡ方向に押し戻そうとする反力である。
【００３６】
（１．構造物にＡ方向の力が働いている）
図１では、地震等により構造物にはＡ方向に外力が加わり、ピストン５及びピストンロッド７も図中Ａ方向に移動している。このとき、第２油室１１と、第１油室９の作動油の圧力は等しいので、第２油室１１内の作動油はピストンロッド７のＡ方向への移動に伴い、チェック弁１７を介して第１油室９側に流れる。従って、第２油室１１内の作動油が圧縮されることはない。
【００３７】
このとき、リリーフ弁１５は閉じており、リリーフ弁１５を介して作動油が第２油室１１から第１油室９に流れることはない。また、ピストン５は、ばね１３によってＡ方向に向かいブレース１３７に接触する力を受ける。図１でピストン５は、ヘッド側油室（第１油室９）に充填された作動油が圧縮されることはないので、ピストン５を逆方向に押し戻そうとする減衰力は受けない。
【００３８】
図６では、１０５部に相当する。即ちピストン５の変位は、負方向（即ちＡ方向）に向かい、その間、ピストン５は圧力を受けないため、油圧式ダンパ１には減衰力が発生しない。
【００３９】
一方、サブシリンダ３１では、第２ピストン３５がＡ方向に移動し、第４室３６内の作動油が圧縮され、チェック弁５３が開くので、この作動油は流路５１を流れて開閉弁２５を開く。ただし作動油の圧力が、ばね２６の圧力に勝っている間のみ開閉弁２５は開く。
【００４０】
（２．Ａ方向の力が、逆方向（Ｄ方向）に切り替わる瞬間）
図１の状態から、構造物にＡ方向の力が働いて、構造物及びピストン５はＡ方向に移動し、図２の状態となる。図２は、揺れの方向が逆転する（即ち揺れがＤ方向に変わる）瞬間であり、図６の１０６部に相当する。このとき、チェック弁１７は閉じる。リリーフ弁１５は当初は閉じている。
【００４１】
また、サブシリンダ３１の第２ピストン３５もＤ方向に移動しようとするので、流路５１の第３チェック弁５３が閉じ、従って開閉弁２５も閉じる。
【００４２】
（３．構造物にＤ方向の力が働いている）
図３は、構造物にＤ方向の力が働いている状態の油圧式ダンパ１を示す。ピストン５がＤ方向に移動すると、第１油室９内の作動油が圧縮されてくる。なお、オリフィス１９を介して作動油は第１油室９から第２油室１１側に少量流れている。
【００４３】
第１油室９内の作動油が圧縮されるので、ピストン５には、この作動油による反力が加わり、この力がＡ方向の力を打ち消す方向に働くので振動が減衰する。このときのピストン５のＤ方向への変位と、第１油室９で圧縮された作動油により発生する油圧式ダンパ１の減衰力との関係は、図６の１０１部に示される。
【００４４】
ピストン５がＤ方向に更に移動し、第１油室９内の作動油が更に圧縮されると、第１油室９内の作動油の圧力がリリーフ荷重を超えるので、リリーフ弁１５が開となり、第１油室９側から第２油室１１側に作動油が流れる。これに伴い、第１油室９内の作動油の圧力が一定に保たれる。リリーフ弁１５が開く瞬間は、図６の１０２部に示される。
【００４５】
即ち、ピストン５及びピストンロッド７がＤ方向に移動する場合には、第１油室９内の作動油が圧縮されることにより、この作動油からピストン５に対して反力が加わる。
【００４６】
一方、第２ピストン３５もＤ方向に移動する。チェック弁５３は閉じているので、第４室３６内の作動油が開閉弁２５側に流れることはなく、第４室３６にアキュムレータ２１から作動油が送られる。このとき、開閉弁２５には油圧が加わらず、開閉弁２５は閉じたままである。
【００４７】
（４．Ｄ方向の力が、逆方向（Ａ方向）に切り替わる瞬間）
ピストン５が図４に示す位置まで移動したとき、構造物への揺れの方向が変わったとする。即ちピストン５の移動方向が変わり、ピストン５及びピストンロッド７はＡ方向に移動する。揺れの方向がＡ方向に変わった瞬間を図６の１０３部に示す。
【００４８】
（５．Ａ方向に力が働き、ヘッド側油室の圧力を解放）
図４に示す状態から、ピストン５及び第２ピストン３５がＡ方向に移動すると、サブシリンダ３１の第４室３６内の作動油が圧縮され、この作動油は流路５１を介して、開閉弁２５側に流れ、作動油の油圧により開閉弁２５が押される。
【００４９】
即ち、開閉弁２５に油圧が加わり、ばね２６の圧力に勝ると開閉弁２５が開く。尚、開閉弁２５は、開くまでの距離Δ（図４に示す）を有しているので、油圧が加わってもすぐに開くことはない。流路４０に急激に流れ込む作動油の一部は第２アキュムレータ５５に吸収される。
【００５０】
図７は、縦軸正方向に第２ピストン３５のＤ方向への変位（負方向がＡ方向への変位）を示す。図７の２０１部は、第２ピストン３５がＤ方向に変位している場合であり、開閉弁２５は閉じている。しかしながら、第２ピストン３５は微小に変位しており、例えばＤ方向に変位しているとき（図７の２０１部）の揺れ戻し（Ａ方向）の変位ｙ１により、開閉弁２５が開かないように、開閉弁２５が開くまでの距離Δの余裕を備えている。図７の２０２部は、揺れの方向がＡ方向に変わった瞬間（即ち図６の１０３部）であり、このときの第２ピストン３５のＡ方向への変位ｙ２は、開閉弁２５が開く距離Δよりも大きいので、開閉弁２５は開く。尚、図７の２０３部では開閉弁２５は開き、２０４部（揺れの方向がＡ方向からＤ方向に変わる瞬間）では開閉弁２５は閉じる。
【００５１】
図５に示すように、開閉弁２５が開くと、メインシリンダ３内の圧縮された作動油が流路２３を介して第２油室１１側に流れ、第１油室９内の圧縮力が解放される。第１油室９と第２油室１１の圧力が等しくなって初めて、チェック弁１７は開き、ピストン５のＡ方向への移動に伴い、第２油室１１から第１油室９側に作動油が流れる。第１油室９内の作動油による圧縮力が解放される状態は、図６の１０４部に示す。
【００５２】
尚、図６の１０７部は、第１油室９内の作動油の圧力がリリーフ荷重に達しないうちに外力の方向がＤ方向からＡ方向に変わり、圧縮力が解放される状態を示す。即ち、リリーフ弁１５は閉じたままの状態である。
【００５３】
第１油室９内の作動油による圧縮力が解放された後、図１及び図６の１０６部の状態に戻り、以下、同様の動作を繰り返す。
【００５４】
このように、油圧式ダンパ１が構造物に取り付けられ、地震等により外力が加わると、図１から図５に示すように、油圧式ダンパ１では、ピストン５がＡ方向に移動する場合には、外力に対する抵抗力は発生しないが、図３に示すように、ピストン５及びピストンロッド７がＤ方向に移動するときには、第１油室９内の作動油が圧縮されるので、ピストン５に反力が加わり、この反力は地震等の外力を打ち消す方向に働くので振動が減衰する。
【００５５】
そして、図４、図５に示すように、ピストン５の移動方向がＤ方向からＡ方向に反転する際に第１油室９内の作動油の圧縮力は開閉弁２５の動作により解放される。
【００５６】
従って、この油圧式ダンパ１の特性は、図１０に示すセミアクティブ式のダンパと同様の特性（３０２部）を有することになる。
【００５７】
次に、この油圧式ダンパ１が実際に建築物に取り付けられる例を示す。
図８は、この油圧式ダンパ１が取り付けられた高層ビル１３１を示し、図７は、油圧式ダンパ１の取り付け部分の拡大図である。
【００５８】
高層ビル１３１は、多数の梁１３３と柱１３５等を有する。図９に示すように、梁１３３ａから下側斜め方向にブレース１３７ａ、１３７ｂが設けられる。梁１３３ｂには、基台１３９ａ、１３９ｂが設けられ、基台１３９ａには油圧式ダンパ１ａのシリンダ部分が固定され、油圧式ダンパ１ａのピストンロッド７ａは、ブレース１３７ａの端部１４１ａに接触する。同様に、基台１３９ｂには油圧式ダンパ１ｂのシリンダ部分が固定され、油圧式ダンパ１ｂのピストンロッド７ｂは、ブレース１３７ｂの端部１４１ｂに接触する。
【００５９】
油圧式ダンパ１ａは、そのシリンダ部分を基台１３９ａに固定し、ピストンロッド７ａは、ブレース１３７ａの端部１４１ａに接触している。すなわち、ばね１３ａによりピストンロッド７ａは、ブレース１３７ａの端部１４１ａ側に押されているので、ピストンロッド７ａが端部１４１ａと接触している。同様に、ばね１３ｂによりピストンロッド７ｂは、ブレース１３７ｂの端部１４１ｂ側に押されているので、ピストンロッド７ｂが端部１４１ｂと接触している。
【００６０】
高層ビル１３１に地震力等が加わった場合、梁１３３、柱１３５、ブレース１３７ａ、１３７ｂも振動するが、ばね１３の働きによりピストンロッド７ａは、ブレース１３７ａの端部１４７ａとの接触を保持している。
【００６１】
そして、高層ビル１３１がＡ方向に移動する場合、油圧式ダンパ１ｂによる抵抗力がブレース１３７ｂに加わり、高層ビル１３１がＤ方向に移動する場合、油圧式ダンパ１ａによる抵抗力がブレース１３７ａに加わり、高層ビル１３１の振動が低減する。
【００６２】
このように本実施の形態では、センサやコントローラ等を用いることなく、セミアクティブ方式のダンパとほぼ同様の機能を有する油圧式ダンパを提供することができる。
【００６３】
本実施の形態で説明した、減衰力特性（図６に示す）を持つ油圧式ダンパ１は、前述したように、高層ビル１３１の柱１３５ａとブレース１３７ａ間、及び柱１３５ｂとブレース１３７ｂ間にバランスよく配置することにより、高層ビル１３１全体として図１０の実線部３０２に示すような外力に対する減衰力特性を示す。
【００６４】
また、油圧式ダンパ１ａ、１ｂを高層ビル１３１に取り付ける場合、シリンダ部分を基台１３９ａ、１３９ｂに取り付ければよく、ピストンロッド７ａ、７ｂはブレース１３７ａ、１３７ｂに固定する必要がないので、油圧式シリンダ１ａ、１ｂの取り付け作業は容易なものとなる。
【００６５】
また、ピストンロッド７ａ、７ｂは地震変形に追従する。この為、ばね１３のばね定数を高層ビル１３１等の構造物の応答にピストンロッド７ａ、７ｂが追従する程度のものとする。具体的には、ばね１３のばね定数を高層ビル１３１の固有振動数の例えば２〜３倍程度のものとする。
【００６６】
尚、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
たとえば、メインシリンダ３外に管等で流路を構成し、この流路にリリーフ弁１５、チェック弁１７、オリフィス１９を設けるようにしてもよい。
【００６７】
また、油圧式ダンパ１を建築物と建築物との間に取り付けてもよい。
【００６８】
本発明では、ヘッド側油室（第１油室９）の圧縮された作動油を一気に解放する機構について説明したが、ロッド側油室（第２油室１１）の圧縮された作動油を一気に解放する構成とすることもできる。
【００６９】
本発明では、メインシリンダ３とサブシリンダ３１を、連結部３９に対して同一方向に設け、メインシリンダ３のピストンロッド７がヘッド側からロッド側に揺れ戻す時に、サブシリンダ３１のロッド側油室に充填された作動油が開閉弁２５を開き、ヘッド側油室の圧縮された作動油を一気に解放する構成を示したが、メインシリンダ３とサブシリンダ３１を連結部３９に対して逆方向に設置したり、メインシリンダ３を異なる構成とすることもできる。
【００７０】
例えば以下３つの例を上げる。
例１．サブシリンダ３１を、連結部３９に対してメインシリンダ３と逆方向に設け、サブシリンダ３１の第２ピストン３５のヘッド側に油室を設ける。ピストンロッド７が、ヘッド側からロッド側に揺れ戻す時に、サブシリンダ３１のヘッド側油室に充填された作動油が開閉弁２５を開き、メインシリンダ３のヘッド側油室の圧縮された作動油を一気に解放する。尚、メインシリンダ３の、リリーフ弁１５とチェック弁１７の向きは本実施の形態と同じである。
【００７１】
例２．メインシリンダ３のピストンロッド７と連結部３９とを、構造物のブレース１３７に固定し、リリーフ弁１５及びチェック弁１７の向きを本実施の形態とは逆方向にする。メインシリンダ３とサブシリンダ３１を、連結部３９に対して同一方向に設け、サブシリンダ３１の第２ピストン３５のヘッド側に油室を設ける。ピストンロッド７が、ロッド側からヘッド側に揺れ戻す時に、サブシリンダ３１のヘッド側油室に充填された作動油が開閉弁２５に流れることで、メインシリンダ３のロッド側油室の圧縮された作動油を一気に解放する。
【００７２】
例３．メインシリンダ３のピストンロッド７と連結部３９とを、構造物のブレース１３７に固定し、リリーフ弁１５及びチェック弁１７の向きを本実施の形態とは逆方向にする。サブシリンダ３１を、連結部３９に対してメインシリンダ３と逆方向に設け、サブシリンダ３１の第２ピストン３５のロッド側に油室を設ける。ピストンロッド７が、ロッド側からヘッド側に揺れ戻す時に、サブシリンダ３１のロッド側油室に充填された作動油が開閉弁２５に流れることで、メインシリンダ３のロッド側油室の圧縮された作動油を一気に解放する。
【００７３】
上記の例に限定されることなく、他の変形も可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明によれば、コントローラ等を必要とせず、セミアクティブ方式と同様の効率を有する油圧式ダンパを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】油圧式ダンパ１の概略構成図
【図２】油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図３】油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図４】油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図５】油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図６】油圧式ダンパ１の変位と減衰力の特性を示す図
【図７】第２ピストン３５の変位を示す図
【図８】高層ビル１３１の概略構成図
【図９】油圧式ダンパの取り付け部分の拡大図
【図１０】セミアクティブ式、及びパッシブ式の油圧式ダンパの特性を示す図
【符号の説明】
１、５１……油圧式ダンパ
３………メインシリンダ
５………ピストン
７………ピストンロッド
９………第１油室
１１………第２油室
１３………ばね
１５………リリーフ弁
１７………チェック弁
１９………オリフィス
２１………アキュムレータ
２３………流路
２５………開閉弁
２７………可変しぼり
２９………流路
３１………サブシリンダ
３４………第３室
３５………第２ピストン
３６………第４室
３７………第２ピストンロッド
３９………連結具
４０、４１………流路
４３………第２チェック弁
５１………流路
５３………第３チェック弁
５５………第２アキュムレータ
５７………オリフィス
１３１………高層ビル
１３３………梁
１３５………柱
１３７………ブレース
１３９………基台
１４１………端部
Claims (12)
- 作動油が充填されたメインシリンダと、
前記メインシリンダ内を移動し、前記メインシリンダ内をヘッド側油室とロッド側油室に区分するピストンと、
一端が前記ピストンの片側に設けられ、他端が前記メインシリンダを介して外部に突出するように設けられたピストンロッドと、
前記ピストンが反転する際に、前記ヘッド側油室又は前記ロッド側油室の圧縮された作動油の圧力を解放する圧力解放機構と、
を具備する油圧式ダンパ。 - 前記ヘッド側油室と前記ロッド側油室を結ぶ流路に、
前記ピストンが移動する時に、作動油が圧縮される油室から、他方の油室にのみ前記作動油の流れを許容するリリーフ弁と、
前記ピストンが移動しても作動油が圧縮されない油室から、他方の油室にのみ前記作動油の流れを許容するチェック弁と、
を、具備することを特徴とする請求項１記載の油圧式ダンパ。 - 前記ヘッド側油室と前記ロッド側油室を結ぶ流路に、オリフィスが設けられることを特徴とする請求項１記載の油圧式ダンパ。
- 前記リリーフ弁、前記チェック弁、前記オリフィスのうち、全部又はいずれかが、前記ピストンに収装されることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の油圧式ダンパ。
- 前記ピストン及び前記ピストンロッドを付勢するばねを設け、
前記ピストンロッドの端部が構造物に接触しているようにしたことを特徴とする請求項１記載の油圧式ダンパ。 - 前記ばねのばね定数は、
前記ピストンロッドが前記構造物の応答に対して追従するような定数であることを特徴とする請求項５記載の油圧式ダンパ。 - 前記圧力解放機構は、
前記ヘッド側油室と前記ロッド側油室を連結する流路に設けられた開閉弁と、
前記開閉弁の開閉を制御する制御機構と、
を具備することを特徴とする請求項１記載の油圧式ダンパ。 - 前記制御機構は、
前記メインシリンダの外部に固定されるサブシリンダと、
前記サブシリンダ内を移動し、前記サブシリンダ内に、作動油が充填された第３油室を形成し、前記ピストンと連動して運動する第２ピストンと、
前記サブシリンダの前記第３油室、及び前記メインシリンダの前記ロッド側油室に接続されるアキュムレータと、
前記アキュムレータと前記第３油室を接続する流路に設けられ、前記アキュムレータ側から前記第３油室にのみ作動油を流す第２チェック弁と、
前記開閉弁と前記第３油室を接続する流路に設けられ、前記第３油室から前記開閉弁側にのみ作動油を流す第３チェック弁と、
を具備することを特徴とする請求項７記載の油圧式ダンパ。 - 前記開閉弁と前記メインシリンダの前記ロッド側油室間の流路に、第２アキュムレータが接続されることを特徴とする請求項７記載の油圧式ダンパ。
- 前記へッド側油室と前記ロッド側油室を連結する前記流路に可変しぼりを設けることを特徴とする請求項７記載の油圧式ダンパ。
- 前記開閉弁には、
前記サブシリンダの前記第２ピストンが、ヘッド側からロッド側に移動する移動量が所定値に達しない場合は前記開閉弁が開かないように、弁が開くまでの距離Δを設けたことを特徴とする請求項８記載の油圧式ダンパ。 - 前記開閉弁と前記メインシリンダの前記ロッド側油室間の流路に、オリフィス又はリリーフ弁を設けることを特徴とする請求項８記載の油圧式ダンパ。
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