JP2005351320A - 流体圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 伸縮体の伸縮の可不可を制御するとともに、伸縮体が適用される装置、機器に最適となる減衰力を伸縮体に発生させることが可能な流体圧回路を提供することである。
【解決手段】 伸縮体１に接続される流体圧回路Ｃ１において、伸縮体１とリザーバタンクＴとを接続する流路１０，１１中に設けた伸縮体１の伸縮の可不可を制御するロック機構２０およびロック機構２０とリザーバタンクＴとを接続する流路１０，１１中に設けた減衰力発生要素２５，２５を備えた複数の減衰回路Ｆ１，Ｆ２とを備えてなる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、流体圧回路に関し、特に免震装置や大型機器に適用される伸縮体に適する流体圧回路の改良に関する。

近年、免震装置等にあっては、たとえば、ボールアイソレータ等の免震機構に油圧シリンダ等の伸縮体を並列させるものがあり、このとき、伸縮体に接続されて伸縮体の伸縮を制御する回路たる流体圧回路は、伸縮体をロックさせるためのロック弁を有しており、具体的には、平常時にはロック弁を閉じておき伸縮体を伸縮不能、いわゆるロック状態に維持し、対して地震時にはロック弁を開放動作させて伸縮体を伸縮させ減衰力を発生させるようにしている（たとえば、特許文献１参照）。

したがって、上記免震装置にあっては、平常時には、伸縮体をロック状態に維持して風等で建築物が振動することを防止するとともに、地震時には、伸縮体を伸縮可能にして免震機構の作動で建築物が破壊等されることを防止するとともに伸縮体の発生減衰力で建築物の振動を早期に終息させるとしている。
特開平１１−２０１２２１号公報（第３頁右欄第３３行目から４５行目まで、第４頁左欄第１行目から同第１４行目まで、同第２９行目から第３３行目まで，図１および図２）

しかしながら、上記した流体圧回路は、免震装置等に適するものではあるが、以下の不具合があると指摘される可能性がある。

すなわち、上記した流体圧回路においては、伸縮体が伸縮可能な状態に維持されたときには、作動油がロック弁に内設の絞りを通過するときに生じる圧力損失に見合った減衰力を伸縮体に発生させるようにしているので、地震、振動の大きさによらず、常に同一の減衰特性しか発生できない。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、伸縮体の伸縮の可不可を制御するとともに、伸縮体が適用される装置、機器に最適となる減衰力を伸縮体に発生させることが可能な流体圧回路を提供することである。

上記した目的を達成するために、本発明の第１の課題解決手段は、伸縮体に接続される流体圧回路において、伸縮体とリザーバタンクとを接続する流路中に設けた伸縮体の伸縮の可不可を制御するロック機構およびロック機構とリザーバタンクとを接続する流路中に設けた減衰力発生要素を備えた複数の減衰回路とを備えてなる。

また、本発明の第２の課題解決手段は、伸縮体に接続される流体圧回路において、伸縮体とリザーバタンクとを接続する流路中に設けた伸縮体の伸縮の可不可を制御するロック機構およびロック機構とリザーバタンクとを接続する流路中に設けた減衰力発生要素を備えた減衰回路と、ロック機構と減衰力発生要素とを接続する流路の途中とリザーバタンクとを接続する副流路中に設けた副流路を開閉する制御機構および副減衰力発生要素を備えた少なくとも１つ以上の副減衰回路とを備えてなる。

本発明によれば、伸縮体の伸縮の可不可を制御するとともに、伸縮体が適用される装置、機器に最適となる減衰力を伸縮体に発生させることが可能となる。

以下に、図示した実施の形態に基づいて、この発明を説明する。図1は、一実施の形態における流体圧回路を示す回路図である。図２は、流体圧回路が適用された免震装置が建築物に装備された状態を示す概略図である。図３は、他の実施の形態における流体圧回路を示す回路図である。

一実施の形態における流体圧回路Ｃ１は、図１に示すように、伸縮体たる液圧式のシリンダ１に接続されており、この場合、伸縮体たるシリンダ１の伸縮を制御するとともにシリンダ１の発生減衰力を制御するものである。そして、このシリンダ１は、図２に示すように、地盤Ｇと建築物Ａとの間に並行となるように介装されており、また、地盤Ｇと建築物Ａとの間には、複数のボールアイソレータＢが介装され、このシリンダ１と流体圧回路Ｃ１とボールアイソレータＢとで免震装置が構成されている。

なお、免震装置は、図示するところでは、建築物Ａを地盤Ｇに対し転がり支承するためにボールアイソレータＢを採用しているが、免震機能を損なうことなく建築物Ａを支承することができればよいので、おおよそこの種免震装置で使用されている他の公知の支承部材を採用すればよく、具体的にたとえば、ボールアイソレータＢに換えて積層ゴム等の柔軟支承部材で建築物Ａを支承してもよい。

そして、この本実施の形態では流体圧回路Ｃ１は、免震装置に具現化されているが、本発明の流体圧回路が免震装置以外にも他の機器に適用することが可能なことは言うまでもない。

また、伸縮体たるシリンダ１は、シリンダ本体２と、シリンダ本体２内に摺動自在に挿入されたピストン３と、ピストン３に連結されるロッド４とで構成されており、シリンダ本体２内は、上記ピストン３により２つの油室Ｒ１，Ｒ２に区画され、当該油室Ｒ１，Ｒ２内には、流体たる作動油が充填されている。ここでは、流体は作動油というということとなるが、他の流体を使用してもよく、また、錆等の弊害がなければ水を使用しても差し支えない。

さらに、上記油室Ｒ１，Ｒ２は、管路５で連通されるとともに、管路５の途中には、油室Ｒ１から油室Ｒ２への作動油の移動を許容するとともに油室Ｒ２から油室Ｒ１への作動油の移動を阻止する逆止弁６が設けられており、シリンダ１は、いわゆる、ユニフロー型のシリンダとされている。

なお、本実施の形態では、伸縮体を油圧式のシリンダ１としているが、流体の出入りにより伸縮するものであればよいので、免震装置や他の機器に適用するにあたり強度等の不具合がなければ、たとえば、該シリンダ以外にも流体の出入りにより伸縮可能な容器を使用しても差し支えない。

つづいて、流体圧回路Ｃ１は、シリンダ１の油室Ｒ２とリザーバタンクＴとを接続する流路１０中に設けたシリンダ１の伸縮の可不可を制御するロック機構２０およびロック機構２０とリザーバタンクＴとを接続する流路１０中に設けた減衰力発生要素たる減衰弁２５を備えた減衰回路Ｆ１と、シリンダ１の油室Ｒ２とリザーバタンクＴとを接続する流路１１中に設けた伸縮体の伸縮の可不可を制御するロック機構２０およびロック機構２０とリザーバタンクＴとを接続する流路１１中に設けた減衰力発生要素たる減衰弁２５を備えた減衰回路Ｆ２と、シリンダ１の油室Ｒ２とリザーバタンクＴとを接続するリリーフ流路中１２，１３に設けた複数のリリーフ弁３０，３１とで構成されている。すなわち、減衰回路Ｆ１と減衰回路Ｆ２は、シリンダ１とリザーバタンクＴに対して並列に接続されている。

以下、詳細に説明すると、ロック機構２０は、ロック弁２１と、ロック弁２１を開閉制御する切換弁２２とで構成されている。このロック弁２１は、具体的には、弁体たるポペット２１ａを有しており、ポペット２１ａは、流路１０，１１中に形成される弁座２１ｄに附勢されて着座されている。また、ポペット２１ａには、上記弁座２１ｄよりも上流側の油圧をポペット２１ａの背面側に導く通路２１ｂが設けられており、この通路２１ｂの途中には絞り２１ｃが設けられている。さらに、ポペット２１ａの背面側、図１中では右端面側、に通過する作動油は、途中切換弁２２を介してリザーバタンクＴに排出されるようにしてある。

他方、切換弁２２は、スプリングオフセットの電磁式２位置切換弁として構成され、非通電時に作動油のリザーバタンクＴ側への移動を阻止しその逆方向への移動を許容する遮断ポジション２２ａと、通電時に作動油の通過を許容する連通ポジション２２ｂとを備えている。

そして、この切換弁２２が遮断ポジション２２ａを採るときには、ポペット２１ａの背面側に通過する作動油はリザーバタンクＴへ排出されないので、ポペット２１ａは、上記弁座２１ｄから離座しえずロック弁２１は閉じたままとなり、逆に、連通ポジション２２ｂを採る場合には、ポペット２１ａの背面側に通過する作動油はリザーバタンクＴへ排出されるので、絞り２１ｃによりポペット２１ａの前面側と背面側との間に圧力差が生じ、これによりポペット２１ａが後退、すなわち図１中右方に移動せしめられて、ロック弁２１は開放される。すなわち、ロック弁２１の開閉は、弁体たるポペット２１ａの背面に作用する作用力（この場合、油圧力）の制御によって弁体の進退が制御され、作用力の制御が上記切換弁２２により行われることとなる。

なお、上述の切換弁２２にあっては、非通電時に遮断ポジション２２ａを採り通電時に連通ポジション２２ｂを採るとしているが、逆に非通電時に連通ポジションを採り通電時に遮断ポジションを採るとしてもよい。

したがって、各減衰回路Ｆ１，Ｆ２にてロック弁２１が閉じられた場合には、シリンダ１の油室Ｒ２内の作動油は、リザーバタンクＴへの流入が阻止されるので、シリンダ１は、伸縮不能な状態、いわゆるロック状態に維持されることとなる。

なお、本実施の形態においては、ロック弁２１がポペット２１ａを有するとしているが、これに換えて弁体をスプールとしても差し支えない。

つぎに、減衰力発生要素たる減衰弁２５について少し説明すると、減衰弁２５は、流路１０，１１の上流側の油圧をパイロット圧として流路面積を変化する減衰力可変弁であって、上流側の油圧が高まるにつれ流路面積を増加するように設定されている。なお、減衰力発生要素としては、単なる絞り弁を使用してもよいが、減衰弁２５を使用することにより、シリンダ１の伸縮速度に応じて減衰特性を変化させることができるので、シリンダ１を適用する免震装置その他の機器に最適な減衰特性を得られる利点がある。

さらに、上述のように減衰回路Ｆ１，Ｆ２が構成される一方、シリンダ１の油室Ｒ１とリザーバタンクＴとは管路１４で接続されており、この管路１４の途中には、リザーバタンクＴから油室Ｒ１への作動油の移動を許容するとともに油室Ｒ１からリザーバタンクＴへの作動油の移動を阻止する逆止弁７が設けられている。

そして、本実施の形態の場合には、免震装置に適用されているので、地震による振動が建築物Ａに作用する場合には、基本的には、減衰回路Ｆ１，Ｆ２のロック弁２１，２１のうち少なくとも一方は開放されることとなり、そうすることで、油室Ｒ２内の作動油は、減衰回路Ｆ１，Ｆ２のうち少なくともいずれか一方を通過してリザーバタンクＴへ排出可能とされるとともに、油室Ｒ１で作動油が不足する場合にはリザーバタンクＴから供給され、作動油が過剰となる場合には管路５を介して油室Ｒ２へ移動するので、シリンダ１は伸縮可能な状態に維持されることとなる。

なお、この免震装置にあっては、通常時からシリンダ１を伸縮可能な状態に維持しておいて突然の地震によっても地震初期から免震効果を発現可能なようにされる一方で強風が建築物Ａに作用するときにはロック状態とする等、建築物Ａに最適な制御が採択される。

これに加えて、本実施の形態の流体圧回路Ｃ１には、図示はしないが、シリンダ１の伸縮速度、本実施の形態ではロッド４の速度を検出する速度検出手段と、減衰回路Ｆ１，Ｆ２におけるロック弁２１，２１の上流側の圧力を検出する圧力検出手段が流路１０，１１の途中に設けられており、この速度検出手段と各圧力検出手段がそれぞれ検出した検出値に基づいて、上記切換弁２２，２２の開閉制御が行われる。なお、上記速度検出手段としては、ロッド４の変位を検出することにして、この変位を微分処理して速度を得るとしてもよい。

すなわち、シリンダ１が伸縮可能な状態で、切換弁２２，２２の開閉制御が行われるが、減衰回路Ｆ１，Ｆ２のロック弁２１のうちいずれか一方のみもしくは両方を開放することによりシリンダ１の減衰力発生に関与する減衰弁２５を選択することができ、このとき、減衰弁２５における減衰特性の設定を減衰回路Ｆ１，Ｆ２とで異なるものとしておけば、シリンダ１が発生する減衰力は、減衰回路Ｆ１の減衰弁２５のみ、または減衰回路Ｆ２の減衰弁２５のみ、またはその両方の３つの組み合せを選択することができることとなる。つまり、この流体圧回路Ｃ１によれば、伸縮体たるシリンダ１の発生減衰力をきめ細かに制御することができるのである。

したがって、この流体圧回路Ｃ１によれば、伸縮体たるシリンダ１の伸縮の可不可を制御するとともに、シリンダ１が適用される装置、機器に最適となる減衰力をシリンダ１に発生させることが可能となる。

また、この速度検出手段と各圧力検出手段がそれぞれ検出した検出値に基づいて、ロック弁２１，２１の開閉動作をフィードバック制御することにより、地震の大きさや建築物Ａの振動の状況に応じて、より精緻な減衰力制御を行うことが可能となり、このことは、他の機器に適用した場合にも同様である。

ちなみに、上述したように切換弁２２の遮断ポジション２２ａは完全にリザーバタンクＴとロック弁２１との間の連通を遮断するようにしてもよいが、本実施の形態では、リザーバタンクＴからロック弁２１への作動油の移動を許容するからロック弁２１におけるポペット２１ａの着座方向の移動を速やかに行うことができ、減衰力切換が速やかに行われるようになっている。

なお、上述のロック機構２０については、シリンダ１の伸縮の制御のみを考えた場合には、流路１０，１１の途中に、上記した切換弁２２を設けるのみでも実現できるが、特に、伸縮体たるシリンダ１が本実施の形態のように免震装置に適用されたり、特に大きな荷重等が作用する大型機器に適用されたりする場面にあっては、流量が多くなるので切換弁２２のみ使用するとソレノイドを含めた切換弁全体が大型化し結果的に流体圧回路が大きくなってしまうので、切換弁２２でロック弁２１を開閉制御するほうが流体圧回路全体を小型化することが可能である利点があるとともに、本実施の形態では切換弁２２には大きな油圧が作用しないので切換動作に必要なソレノイドの吸引力は小さくて済むが、切換弁２２のみを使用するとソレノイドに大きな吸引力を発生させなくてはならないことを勘案すると省電力で済むという利点もある。

さらに、上記構成のロック機構２０を採用したので、ロック弁２１を電磁式で開閉制御する場合に比較して、大量の流量の通過をも許容できるので、シリンダ１における伸縮最大速度の低下を招くことが無い。すなわち、ロック弁２１を電磁式にする場合には、流量が多くなると弁体に油圧が作用するのでソレノイドの吸引力では弁体を移動させることができない場合があるが、上記ロック機構２０における切換弁２２にはさほど大きな油圧が作用せず、また、ロック弁２１の弁体は油圧で駆動するから電磁式で生じるおそれのある上記不具合がないのである。

また、シリンダ１の伸縮作動時の制御にあたり、流路１０，１１にそれぞれ圧力検出手段を設けるとしているが、どちらか一方のみの流路に設けて制御を行うとしてもよい。

シリンダ１の伸縮作動時の動作については以上のとおりであるが、転じて、流路１０および流路１１からそれぞれ分岐するリリーフ流路１２，１３の途中にはリリーフ弁３０，３１が設けてあり、このリリーフ弁３０，３１については、従来公知の構成のものである。そして、このリリーフ弁３０，３１は、リリーフ流路１２，１３が所定のクラッキング圧に達すると開放動作して、作動油をリザーバタンクＴへ排出できるようにしてある。

つまり、通常時にシリンダ１を伸縮させる外力が作用してシリンダ１内の圧力が異常に高まった場合や、流体圧回路Ｃ１に何らかの事情、たとえば、コンタミネーション等でロック機構２０や減衰弁２５等が機能を発揮できないようなフェール時には、このリリーフ弁３０，３１が開放動作してシリンダ１の伸縮動作を許容して、流体圧回路Ｃ１ひいてはシリンダ１の損傷、破裂等を防止することができる。

なお、上記リリーフ流路１２，１３は、図示するところでは、各流路１０，１１にそれぞれ接続されているが、たとえば、リリーフ流路が、油室Ｒ２とリザーバタンクＴとを直接的に、あるいは、流路１０と流路１１との分岐点より油室Ｒ２側に接続される場合には、リリーフ流路およびリリーフ弁ともに１つだけ設けてもよい。

さらに、上述したところでは、減衰回路を２つ設けているが、３つ以上の減衰力回路をシリンダ１とリザーバタンクＴとの間に並列的に設けるとして、より細かに減衰力調整を可能とするようにしてもよい。

つぎに、他の実施の形態における流体圧回路Ｃ２について説明する。この流体圧回路Ｃ２は、図３に示すように、伸縮体たる液圧式のシリンダ１に接続されており、この場合にも、一実施の形態と同様の免震装置に具現化されている。ちなみに、本実施の形態の流体圧回路Ｃ２にあっても、免震装置以外にも他の機器に適用することが可能なことは言うまでもない。

なお、他の実施の形態における流体圧回路Ｃ２の説明にあたり、上記した一実施の形態と同様の部材については、同様の符号を付するのみとしてその詳しい説明を省略することとする。

そして、流体圧回路Ｃ２は、一実施の形態と同様の減衰回路Ｆ１およびリリーフ流路１２中に設けたリリーフ弁３０と、シリンダ１とロック機構２０とを接続する流路１０の途中とリザーバタンクＴとを接続する副流路３９中に設けた副流路を開閉する制御機構４０および副減衰力発生要素たる減衰弁４５を備えた副減衰回路Ｆ３と、で構成されている。

ちなみに、上記副減衰回路Ｆ３は、一実施の形態の減衰回路Ｆ１，Ｆ２と同様の構成であり、減衰弁４５は減衰弁２５と同様の構成であって、制御機構４０の構成もロック機構２０と同様の構成である。つまり、制御機構４０における制御弁４１がロック機構２０のロック弁２１と、制御機構４０における切換弁４２が切換弁２２と同じ構成となっている。

したがって、この流体圧回路Ｃ２にあっては、シリンダ１の伸縮の制御は上記ロック機構２０におけるロック弁２１のみで行われ、ロック弁２１が開放状態に維持された場合の減衰力調整は、副減衰回路Ｆ３の制御機構４０により行われる。

つまり、ロック弁２１が開放されて制御機構４０における制御弁４１が閉じられた状態では、シリンダ１の減衰力は減衰弁２５により発生され、ロック弁２１および制御機構４０における制御弁４１が開放された状態では、シリンダ１の減衰力は減衰弁２５および減衰弁４５により発生されることとなる。

他方、ロック弁２１が閉じられた状態では、シリンダ１は伸縮不能なロック状態となり、この流体圧回路Ｃ２によれば、シリンダ１に２通りの減衰力を発生させることができる。

なお、上記の減衰力調整にあたっては、一実施の形態と同様に、速度検出手段と圧力検出手段がそれぞれ検出した検出値に基づいて、制御弁４１の開閉動作をフィードバック制御することにより、地震の大きさや建築物Ａの振動の状況に応じて、より精緻な減衰力制御を行うことが可能となり、このことは、他の機器に適用した場合にも同様であるから、上述の一実施の形態と同様の効果を奏することができる。

ちなみに、上述したところでは、副減衰回路Ｆ３を１つ設けているが、流路１０とリザーバタンクＴとの間に、並列的に複数もうけて、より細かに減衰力調整を可能とするようにしてもよい。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

一実施の形態における流体圧回路を示す回路図である。 流体圧回路が適用された免震装置が建築物に装備された状態を示す概略図である。 他の実施の形態における流体圧回路を示す回路図である。

符号の説明

１ 伸縮体たる液圧式のシリンダ
２ シリンダ本体
３ ピストン
４ ロッド
５，１４ 管路
６，７ 逆止弁
１０，１１ 流路
１２，１３ リリーフ流路
２０ ロック機構
２１，４１ ロック弁
２１ａ 弁体たるポペット
２１ｂ 通路
２１ｃ 絞り
２１ｄ 弁座
２２，４２ 切換弁
２２ａ 遮断ポジション
２２ｂ 連通ポジション
２５ 減衰力発生要素たる減衰弁
３０，３１ リリーフ弁
３９ 副流路
４０ 制御機構
４５ 副減衰力発生要素たる減衰弁
Ａ 建築物
Ｂ ボールアイソレータ
Ｃ１，Ｃ２ 流体圧回路
Ｆ１，Ｆ２ 減衰回路
Ｆ３ 副減衰回路
Ｇ 地盤
Ｒ１，Ｒ２ 油室
Ｔ リザーバタンク

Claims (7)

1. 伸縮体に接続される流体圧回路において、伸縮体とリザーバタンクとを接続する流路中に設けた伸縮体の伸縮の可不可を制御するロック機構およびロック機構とリザーバタンクとを接続する流路中に設けた減衰力発生要素を備えた複数の減衰回路とを備えてなる流体圧回路。
2. 伸縮体に接続される流体圧回路において、伸縮体とリザーバタンクとを接続する流路中に設けた伸縮体の伸縮の可不可を制御するロック機構およびロック機構とリザーバタンクとを接続する流路中に設けた減衰力発生要素を備えた減衰回路と、ロック機構と減衰力発生要素とを接続する流路の途中とリザーバタンクとを接続する副流路中に設けた副流路を開閉する制御機構および副減衰力発生要素を備えた少なくとも１つ以上の副減衰回路とを備えてなる流体圧回路。
3. ロック機構が、ポペットあるいはスプールからなる弁体を有するとともにこの弁体における背面の作用力の制御によって弁体の進退が制御されてなるロック弁を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の流体圧回路。
4. 制御機構が、ポペットあるいはスプールからなる弁体を有するとともにこの弁体における背面の作用力の制御によって弁体の進退が制御されてなる制御弁を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の流体圧回路。
5. 伸縮体とリザーバタンクとを接続するリリーフ流路を設け、当該リリーフ流路中にリリーフ弁を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の流体圧回路
6. ロック機構が伸縮体の伸縮速度およびロック機構の上流側の流体圧に基づいて開閉制御されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の流体圧回路。
7. 制御機構が伸縮体の伸縮速度およびロック機構の上流側の流体圧に基づいて開閉制御されることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の流体圧回路。

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