JP2004125083A

JP2004125083A - 油圧ダンパ

Info

Publication number: JP2004125083A
Application number: JP2002291246A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kurino; 栗野　治彦; Shunichi Yamada; 山田　俊一
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】制震用油圧ダンパにおいて、一つの装置で、パッシブ動作とセミアクティブ動作等を可能とし、大地震時や強風時等の大荷重振動レベルの制震と、地震や風等による微小振動レベルの制震を一つの装置で行えるようにする。
【解決手段】油圧ダンパ１の左右の油圧室４、４を連結する油の流路５に、外部電力によらず作動するリリーフ弁１１とオリフィス１２によるパッシブ回路６−１と、外部電力により作動し開閉制御可能な開閉制御弁１３によるセミアクティブ回路６−２を２系統並列配置する。大地震時や強風時などの大荷重振動レベルでは、リリーフ弁１１が開き、オリフィス１２によりパッシブ制震を行い、地震や風等による微小振動レベルでは、開閉制御弁１３の開閉制御により任意の減衰係数でセミアクティブ制震を行う。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震や風等の振動外力による建物の揺れを低減するための制震用の油圧ダンパに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建物の揺れを低減するためのダンパ形式の制震装置としては、装置の減衰係数を振動制御効果の高い一定値に設定したパッシブ型の油圧ダンパ（例えば、非特許文献１参照）、建物に取付けた速度センサや変位センサ等のセンサにより開閉制御弁の開度を制御して減衰係数を任意に制御可能としたセミアクティブ型の油圧ダンパ（例えば、特許文献１参照）、装置に設けた圧力センサや位置センサ等のセンサのみを用いて開閉制御弁の開度を制御して減衰係数を任意に制御可能としたセミアクティブ型の油圧ダンパ（例えば、特許文献２参照）等がある。
【０００３】
パッシブ型の油圧ダンパは、外部から一切のエネルギ供給を必要としないため、信頼性が高く、維持管理コストも少ないが、振動制御効果には一定の限界があり、特に微小振動レベルの制御性能が低下するのは避けられない。
【０００４】
一方、セミアクティブ型の油圧ダンパは、あらゆる振動レベルにおいてパッシブ型を上回る振動抑制効果を発揮でき、また装置にセンサやコンピュータを内蔵させれば、装置の状態を容易にモニタできるなどの優れた長所があるものの、制御に外部エネルギが必要なため、大地震時にも動作を保証しようとする場合には、無停電電源装置と特別の電源配線が必要となったり、コントローラやセンサの故障といった不測の事態に備えたフェールセーフ機能が必要である。
【０００５】
このようなセミアクティブ型の油圧ダンパの問題を解決する発明として、パッシブ動作により開閉制御弁が開閉動作する機構を備えた油圧ダンパ（特願２００１−２４３７５５号）があるが、パッシブ動作であることから、微小な荷重レベルでは作動しない可能性がある。また、センサによる容易なモニタも不可能である。
【０００６】
【非特許文献１】
小堀鐸二著，「制震構造（理論と実際）　」，鹿島出版会，１９９３年９月１５日発行，　ｐ．１８５−１９２（５．３　高減衰オイルダンパ）
【特許文献１】
特公平０７−０４５７８１号公報
【特許文献２】
特開平１１−３３６３６６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、セミアクティブ型の油圧ダンパを大地震時において確実に動作させようとする場合、無停電電源装置とフェールセーフ機能などの付加機能が要求されるため、コスト的に不利となる。また、建物によってはパッシブ型でも十分な場合がある。一方、高層ビルの風揺れのような微小振動に対してはパッシブ型では十分な効果が得られない場合があり、このような場合にはセミアクティブ型が望まれる。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、制震用の油圧ダンパにおいて、一つの装置で、外部から一切のエネルギ供給が不要で信頼性が高く低コストのパッシブ動作と、あらゆる振動レベルにおいてパッシブ型を上回る振動制御効果を発揮できるセミアクティブ動作が可能となり、大地震時や強風時等の大荷重振動レベルの制震と、地震や風等による微小振動レベルの制震を一つの装置で行うことができる油圧ダンパを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、ダンパの左右の油圧室を連結する油の流路に、外部からのエネルギ供給（外部電力等）なしに作動する作動弁と、外部からのエネルギ供給（外部電力等）により作動する制御弁が、装置の発生荷重レベルに応じて選択動作可能に並列して設けられていることを特徴とする油圧ダンパである。
【００１０】
例えば図１に示すように、両ロッド型の油圧ダンパの流出用流路と流入用流路の間に、作動弁によるパッシブ回路と制御弁によるセミアクティブ回路を２系統並列配置する。また、これら２系統の回路を大荷重振動レベルと微小振動レベルに応じて選択動作させる。
【００１１】
本発明の請求項２は、請求項１に記載の油圧ダンパにおいて、作動弁により大荷重振動レベル時のパッシブ制震を行い、制御弁により微小振動レベル時のセミアクティブ制震を行うように構成されていることを特徴とする油圧ダンパである。
【００１２】
即ち、大地震時や強風時等の大荷重振動レベル時には、作動弁によりパッシブ制震を行い、地震や風等による微小振動レベル時には、制御弁によりセミアクティブ制震を行う。また、これとは逆に、微小振動レベル時に作動弁によりパッシブ制震を行い、大荷重振動レベル時に制御弁によりセミアクティブ制震を行うこともできる。
【００１３】
本発明の請求項３は、請求項１または２に記載の油圧ダンパにおいて、作動弁は、一定の荷重以上で開く圧力逃し弁（リリーフ弁等）と、流体抵抗を与える調圧弁（オリフィス等）から構成されていることを特徴とする油圧ダンパである。即ち、圧力逃し弁と調圧弁の組み合わせでパッシブ回路を構成する。また、これに限らず、特願２００１−２４３７５５号に記載されているパッシブ動作の開閉制御弁等を用いることもできる。
【００１４】
圧力逃し弁は大荷重振動レベルと微小振動レベルの切り換えの役割もしており、圧力逃し弁の設定荷重（動作開始荷重）以下では、パッシブ回路は閉（無効）となるので、制御弁によるセミアクティブ回路を作動させることができ、例えば微小振動レベルの制震を行うことができる。圧力逃し弁の設定荷重以上では、パッシブ回路は自動的に開（有効）となり、調圧弁が抵抗力を発生し、例えば大荷重振動レベルの制震を行うことができる。
【００１５】
本発明の請求項４は、請求項１、２または３に記載の油圧ダンパにおいて、制御弁は、センサの計測値に基づいてコントローラにより開閉制御されることを特徴とする油圧ダンパである。即ち、外部電力により作動する電磁式切換弁等の制御弁を用い、制御弁の開閉や開度を制御して任意の減衰係数が得られるセミアクティブ回路を構成する。
【００１６】
ここで、制御方法としては、建物に取付けた速度センサや変位センサ等のセンサにより開閉制御弁を制御して減衰係数を任意に制御する方法や、装置に設けた圧力センサや位置センサ等のセンサのみを用いて開閉制御弁の開度を制御して減衰係数を任意に制御する方法などがある。後者では、センサやコントローラが付属するため、装置の状態を容易にモニタできるなどの利点がある。
【００１７】
以上のような本発明によれば、ダンパの左右の油圧室を連結する油の流路に、外部電力等を必要としない作動弁と、外部電力等により作動する制御弁を、装置の発生荷重レベルに応じて選択動作可能に並列して設けているため、一つの装置で、外部から一切のエネルギ供給が不要で信頼性が高く低コストのパッシブ動作と、あらゆる振動レベルにおいてパッシブ型を上回る振動制御効果を発揮できるセミアクティブ動作が可能となり、大地震時や強風時等の大荷重振動レベルの制震と、地震や風等による微小振動レベル時の制震を一つの装置で行うことができる。
【００１８】
また、一定荷重以上の大荷重振動レベルでは、パッシブ制震により信頼性が高く低コストの振動制御を行い、一定荷重以下の微小振動レベルでは、外部電力等を用いてセミアクティブ制震により振動制御効果を向上させ、構造安全性に関係する大荷重振動レベルをパッシブ制震とすることにより、無停電電源装置や特別の電源配線あるいはフェールセーフ機能などの付加機能を削減することができる。また、フェールセーフ機能を常時維持するために消費されていた常時電力も削減することができる。さらに、装置にセンサやコントローラを付属させた構成の場合には、装置の状態を容易にモニタできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施の形態に基づいて説明する。この実施形態は、建物に組み込まれる油圧ダンパに適用した例である。図１は、本発明の制震用の油圧ダンパの一実施形態を示したものである。
【００２０】
図１において、油圧ダンパ１は、シリンダ２と、両ロッド型のピストン３と、ピストン３の両側の油圧室４，４と、この両油圧室を連結する流路５と、この流路５に設けられる制御用の油圧回路６から構成され、ピストン３が左右に移動すると、一方の油圧室４から排出された圧油がチェック弁７を有する流出用流路５ａを通って油圧回路６に入り、チェック弁８を有する流入用流路５ｂを通って他方の油圧室４に流入し、油圧回路６における減衰により制震がなされる。油圧回路６には、作動油の圧縮や温度変化による容積変化等を補うためのアキュムレータ９が設けられている。
【００２１】
このような構成の油圧ダンパ１において、本発明においては、制御用の油圧回路６を２系統の油圧回路から構成し、左側を大荷重振動レベル用のパッシブ回路６−１、右側を微小振動レベル用のセミアクティブ回路６−２とする。即ち、流出用流路５ａと流入用流路５ｂの間に流路１０−１と１０−２を並列に配置し、左側の流路１０−１に内部圧力で動作するリリーフ弁（圧力逃し弁）１１と流体抵抗を与えるオリフィス（調圧弁）１２を設けてパッシブ回路６−１とする。右側の流路１０−２には外部電力で動作する開閉制御弁１３を設けてセミアクティブ回路６−２とする。
【００２２】
リリーフ弁１１は、ばねによる一定の設定荷重以上で内部圧力により自動的に開く弁である。このリリーフ弁１１に直列に設置されたオリフィス１２は、リリーフ弁１１の設定荷重以上のレベルでは速度に応じた抵抗力を発生する。
【００２３】
従って、微小振動レベルでは、リリーフ弁１１は閉じ、パッシブ回路６−１は動作せず、大荷重振動レベルでは、リリーフ弁１１が開き、パッシブ回路６−１が動作し、オリフィス１２による減衰で制震がなされる。
【００２４】
なお、このパッシブ回路６−１の部分は、必ずしもリリーフ弁＋オリフィスの構成である必要はなく、特願２００１−２４３７５５号で用いられているパッシブ動作の開閉制御弁等であってもよい。
【００２５】
開閉制御弁１３は、例えば電磁式切替弁であり、コントローラ１４からの外部電力により、開閉動作する。油圧室４などに配置した圧力センサやピストン等の位置センサなどのセンサ１５からの信号がコントローラ１４に入力され、この検出値に基づいて開閉制御弁１３の開閉制御や開度制御が実施される。また、センサ１５により装置のモニタを行うことができる。
【００２６】
大地震時や強風時などの大荷重振動レベルでは、開閉制御弁１３は閉じており、前述のようにパッシブ回路６−１により制震がなされ、地震や風などによる微小振動レベルでは、リリーフ弁１１は閉じており、コントローラ１４により開閉制御弁１３の開閉制御を行い、任意の減衰係数で制震がなされる。開閉制御弁１３は、センサ１５からの検出信号により制御を開始させることができ、その後、センサ１５からの検出値に基づいて開閉制御される。
【００２７】
なお、センサ１５は必ずしもダンパに内蔵させる必要はない。また、２系統の回路６−１、６−２と並列に、装置を破壊から守るための大荷重制限用のリリーフ弁を設置することもできる。
【００２８】
また、以上は、セミアクティブ回路の制御に内蔵センサの信号を用いる場合について例示したが、ダンパ内蔵センサの代わりに、建物に取付けた速度センサや変位センサ等のセンサにより開閉制御弁の開度を制御することもできる。
【００２９】
さらに、図示例とは反対に、微小振動レベルをパッシブ回路で、大荷重振動レベルをセミアクティブ回路等で制震することもできる。
【００３０】
【発明の効果】
（１）　ダンパの左右の油圧室を連結する油の流路に、外部電力等を必要としない作動弁と、外部電力等により作動する制御弁を、装置の発生荷重レベルに応じて選択動作可能に並列して設けているため、一つの装置で、外部から一切のエネルギ供給が不要で信頼性が高く低コストのパッシブ動作と、あらゆる振動レベルにおいてパッシブ型を上回る振動制御効果を発揮できるセミアクティブ動作が可能となり、大地震時や強風時等の大荷重振動レベルの制震と、地震や風等による微小振動レベル時の制震を一つの装置で行うことができる。
【００３１】
（２）　一定荷重以上の大荷重振動レベルでは、パッシブ制震により信頼性が高く低コストの振動制御を行い、一定荷重以下の微小振動レベルでは、外部電力等を用いてセミアクティブ制震により振動制御効果を向上させ、構造安全性に関係する大荷重振動レベルをパッシブ制震とすることにより、無停電電源装置や特別の電源配線あるいはフェールセーフ機能などの付加機能を削減することができる。また、フェールセーフ機能を常時維持するために消費されていた常時電力も削減することができる。これにより、微小振動レベルから大荷重振動レベルまでの信頼性の高い制震を低コストで行うことができる。
【００３２】
（３）　装置にセンサやコントローラを付属させた場合には、装置の状態を容易にモニタできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制震用の油圧ダンパの一実施形態を示す油圧回路図である。
【符号の説明】
１……油圧ダンパ
２……シリンダ
３……ピストン
４……油圧室
５……流路
６……油圧回路
６−１…大荷重振動レベル用のパッシブ回路
６−２…微小振動レベル用のセミアクティブ回路
７……チェック弁
８……チェック弁
９……アキュムレータ
１０−１…パッシブ回路の流路
１０−２…セミアクティブ回路の流路
１１……リリーフ弁
１２……オリフィス
１３……開閉制御弁
１４……コントローラ
１５……センサ

Claims

ダンパの左右の油圧室を連結する油の流路に、外部からのエネルギ供給なしに作動する作動弁と、外部からのエネルギ供給により作動する制御弁が、装置の発生荷重レベルに応じて選択動作可能に並列して設けられていることを特徴とする油圧ダンパ。
請求項１に記載の油圧ダンパにおいて、作動弁により大荷重振動レベル時のパッシブ制震を行い、制御弁により微小振動レベル時のセミアクティブ制震を行うように構成されていることを特徴とする油圧ダンパ。
請求項１または２に記載の油圧ダンパにおいて、作動弁は、一定の荷重以上で開く圧力逃し弁と、流体抵抗を与える調圧弁から構成されていることを特徴とする油圧ダンパ。
請求項１、２または３に記載の油圧ダンパにおいて、制御弁は、センサの計測値に基づいてコントローラにより開閉制御されることを特徴とする油圧ダンパ。