JP2011032849A - 免震装置用ブレーキダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】従来の戸建住宅免震装置は、想定を超える大地震時に相対変位が免震支承の許容ストロークを越えてしまい、上部建物が飛び出して倒壊に至るおそれがあるため、電力を用いることなく、免震支承の許容ストローク内に確実に抑制出来る免震装置用のブレーキダンパを提供する。
【解決手段】シリンダ１１のピストン１３が変位するに伴い、供給された油圧により減衰力を発生するスピードバル５１と、ピストン１３の速度が設定速度以上に早くなるとスピードバルブ５１が閉じて、高い減衰力を発生するリリーフバルブ５５を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、免震支承と併用して免震装置を構成し、大地震に対してもエネルギーを吸収して上部建物の支障が免震装置から飛び出さない免震装置用ブレーキダンパに関する。

免震装置の免震支承は、転がり支承や滑り支承などで構成されており、基礎と上部建物の間に配置され、上部建物を支持するとともに、地震時には、上部建物と基礎との間の水平方向の相対変位を生じることで上部建物への地震の揺れを低減する機能を有する。また、免震支承だけでは、想定を越える大地震時に基礎と上部建物との相対変位が免震支承の許容ストロークを越えてしまい、上部建物が飛び出して倒壊に至るおそれがある。ブレーキダンパは、そのような事態を回避するために設けられており、地震時のエネルギーを吸収し、減衰させることによって、基礎と上部建物との相対変位を抑制する機能を有する。このような特性を有する従来の免震装置として、例えば特許文献１、２に開示されたものが知られている。

特許文献１の免震装置では、オイルダンパの２つのシリンダ室を連通するオイル流路が設けられるとともに、シリンダの両端部に、オイル通路とシリンダを連通する大小２つの絞りがそれぞれ形成されている。オイルダンパがストロークエンドに達した時に、大きい方の絞りのみがピストンまたはピストンロッドで閉じられ、オイル流路の絞り度合が高められることによって、オイルダンパの減衰力がより大きく制御される。しかし、オイルダンパの減衰力は、ストロークエンドの状態の時のみ増大し、ストロークエンドから離れるとすぐに、大きい方の絞りが開放されることで、通常の減衰力に低下する。このため、大地震の継続中、高い減衰力を保持できず、大地震に対して免震機能を十分に発揮することができない。

特許文献２には、常時は、オイルダンパの油圧シリンダの作動状態をロックするとともに、所定の加速度以上の地震が生じた時に、油圧シリンダを作動させることにより減衰性能を発揮させるトリガー装置を備えたオイルダンパが開示されている。しかし、微小地震や風などの外力に対してオイルダンパを停止状態にロックし、微小地震以外の地震の発生時にオイルダンパを作動させるにすぎないため、小・中地震および想定を越える大地震の双方に対して、免震機能を過不足なく効果的に発揮することができない。

免震装置用のオイルダンパに求められる最も重要な機能は、想定される中・小地震に対して、必要な減衰性能を発揮するとともに、想定を越える大地震に対しても、十分な減衰性能および免震機能を発揮することによって、建物の損傷や破損を防止しなければならない。

したがって、本発明は、電力を用いることなく、想定を越える大地震時に基礎と上部建物との相対速度が想定以上に大きくなるとダンパの減衰力を大きく増強するとともに、増強した減衰力を地震の継続中は保持し、それにより、基礎と上部建物との間の相対変位を免震装置の許容ストローク内に確実に抑制することで、上部建物の損傷や破損を防止することができる免震装置用のブレーキダンパを提供することを目的とする。

特開２００５−４２８２２号公報 特開２０００−１０４７８５号公報

発明が解決するための手段

この目的を達成するため、本発明は、免震支承との併用により免震装置を構成し、通常の地震では通常の減衰性能を発揮し、大地震に基礎と上部建物との相対速度が想定以上に大きくなるとダンパの減衰力を大きく増強し地震の揺れのエネルギーを吸収し、減衰させる免震装置用のブレーキダンパであって、基礎および上部建物の一方に連結されたシリンダと当該シリンダ内に摺動自在に設けられ当該シリンダ内を左右２つの油室に仕切るピストン、と前記ピストンと一体に設けられ前記基礎および前記上部建物の他方に連結されたピストンロッドとを有する当該シリンダ、および前記ピストン速度に相応して減衰力を発生するスピードバルブを備えることを特徴とする。

この免震装置用の、ブレーキダンパは、地震時に基礎と上部建物との間に相対変位が生じると、シリンダのピストンおよびピストンロッドが変位し、シリンダ内の作動流体がスピードバルブに供給される。この作動流体の時間当たりの変化即ち流量はシリンダとピストンとの相対速度に比例し、基礎と上部建物との間の相対速度に依存する。この作動流体は全開状態のフローバルブのスプールエッジを通過して油圧回路の低圧側へ流れ、スプールエッジ前後に圧力差が生じる。圧力差はスプールエッジを通過する流量即ちピストン速度に依存しているのでピストン速度が早い程、増大する。本発明はこのピストン速度即ち、地震時の基礎と上部建物の相対速度をスピードバルブにより検知し、圧力差を利用することにある。

この圧力差は、別回路のチェックバルブとニードルバルブを通過してフローバルブのスプールの片側端面にパイロット圧力として掛ってスプールの押し力となり、反対側端面に配置されたスプリングの反力と対抗する。ピストン速度がある設定速度値を越えない場合には、スプリングの初期設定反力が勝り、スプールは全開を保ち、開口面積による減衰特性を発揮する。ピストン速度が早くなり設定速度を越えるとパイロット圧力がスプール押し力に勝り、スプールは閉じ始め、スプールは全閉してリリーフバルブが開き始め、リリーフバルブ特性による減衰力が保持される。一旦全閉したスプールはパイロット圧力が抜ける間は閉状態を保つ。閉保持時間中は、ピストン速度が設定速度値以下になった時でも、減衰力特性はリリーフバルブ特性を保つ。全閉保持時間は、ニードルバルブの開度調整によるパイロット圧力の戻り流れの調整により行い、地震継続中はリリーフバルブ特性による高い減衰力を保ち続け、基礎と上部建物の相対変位を押さえることで免震支承の許容ストローク内に抑えることが可能となる。地震後はフローバルブのスプールの片側端面に加わっているパイロット圧力がニードルバルブから少しずつ抜けることで、フローバルブは初期の状態に戻り、ブレーキダンパも当初の特性となることで、余震の時に免震装置として備えることが可能となる。

本発明によるブレーキダンパは、免震装置の基礎と上部建物の相対速度をダンパのピストン速度として検知し、創出する圧力を使うことにより、外部制御などを一切使わずにみずからの減衰力特性を可変制御するため、想定を越える大地震時に発生する停電や検出器などによるトラブルを受けずに信頼性の高い免震装置用のブレーキダンパを提供し、基礎と上部建物との相対変位を免震支承の許容ストローク内に収めることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明を適用したブレーキダンパ１０と免震支承３で構成される兔震装置を、戸建住宅建物の基礎１に設けた例を示している。この例では、免震支承３は、計１０個、基礎１の全体にマトリックス状に配置されている。ブレーキダンパ１０は、左右２個ずつ計４個配置されている。

図２は、上部建物２の土台６の下側には、鉄骨架台９が一体に設けられている。免震支承３は、滑りタイプのものであり、鉄骨架台９の下面に取り付けられた滑り下面３ａと、基礎１上に設けられ、滑り下面３ａが滑る滑り面４を備えている。

一方、ブレーキダンパ１０は、鉄骨架台９の下面に固定されたブラケット７と、基礎１の上面に固定されたブラケット８の間に設けられている。

図３〜図４は、本発明の実施形態によるブレーキダンパ１０を示している。ブレーキダンパ１０は、水平なシリンダ１１とシリンダ１１内に自在に設けられたピストン１３とピストン１３から片側に一体に延びるピストンロッド１２を有している。シリンダ１１の内部はピストン１３によって左右の油室Ａ、Ｂに仕切られ、ピストン１３にはチェックバルブ２１が組み込まれている。シリンダ１１の外側には更に円筒パイプ１４が設けられて内部の流体のタンク室Ｃを形成し片側端部は軸受け２３、ピン２５、および固定金具２４を介して、ブラケット８に回動自在に連結されている。ピストンロッド１２の先端にも同様な、軸受け２３、ピン２５、および固定金具２４を介して、ブラケット７に回動自在に連結されている。

シリンダ１１の油室Ａは、スピードバルブ５１とリリーフバルブ５５に接続し、油室Ｂは油圧回路低圧側タンク室Ｃとチェックバルブ２２を介して接続している。さらに、スピードバルブ５１はフローバルブ５２、チェックバルブ５３、ニードルバルブ５４からから成る。フローバルブ５２のスプール５２ａの片側端面には、並列に接続されたチェックバルブ５３、ニードルバルブ５４からのパイロット圧力が導かれてスプール５２ａの押し力となり、スプール５２ａの反対側端面に設置されたスプリング５２ｂのスプリング反力と対抗する。

以上の構成によれば、地震時に基礎１と上部建物２の間に相対変位が発生すると、ブラケット７に連結されたピストンロッド１２およびピストン１３がブラケット８に連結された円筒パイプ１４の内部に設けられたシリンダ１１に対して変位する。ピストン１３が右側（圧縮）に変位した場合、右側の油室Ｂの流体は、チェックバルブ２２が閉じるため、ピストンロッド１２の押し込まれた体積分はピストン１３に設けられたチェックバルブ２１を通って油室Ａに流れ、スピードバルブ５１とリリーフバルブ５５に流れる。初期状態では、リリーフバルブ５５は全閉で、スピードバルブ５１は全開であるため、流体はフローバルブ５２のスプール５２ａのエッジを通って油圧回路の低圧側のタンク室Ｃに戻る。

基礎１と上部建物２の間の相対速度が早くなり、ダンパ内の流体の流速が増加するに伴い、スプール５２ａのエッジ前後の圧力差も増大し、パイロット圧力が増大する。パイロット圧力が増大するに伴い、スプール５２ａの押し力が増大し、ピストン１３の速度が速度設定値Ｖ１を越えると、スプール５２ａの押し力はスプリング５２ｂの初期設定反力に勝り、スプール５２ａは閉じ方向に移動し始める。さらに、流量が増加し、ピストン１３の速度が速度設定値Ｖ２に達するとスプール５２ａは全閉し、更に、流量が増加すると、リリーフバルブ５５のポペット５５ａが開き始める。スプール５２ａが、一旦全閉すると、スプール５２ａの片側端面のパイロット圧力は封じ込められて、その圧力を保ち、圧力保持時間は、ニードルバルブ５４の開度調整により自在に調整できるため、地震継続中は全閉保持時間を確保できる。従って、スプール５２ａが一旦全閉すると、地震継続中は、ピストン１３の速度が設定値Ｖ２以下になった場合でも、リリーフバルブ５５の特性から得られる大きな減衰力Ｆ２以上を保持することができる。

次に、ピストン１３が左側（伸び）に変位した場合、左側の油室Ａの流体はピストン１３のチェックバルブ２１が閉じてスピードバルブ５１に流れ、右側の油室Ｂはチェックバルブ２２を介して油圧回路低圧側タンク室Ｃの流体を吸込む。左側の油室Ａから流れる流体は、前出説明の通りである。

この例の場合は、シリンダ１１の油室Ａの面積と油室Ｂの面積を１：２にしておくことにより、ロッド１２の圧縮、伸びのいずれでも、同じ減衰力を得られることは公知である。

図５は、上述したブレーキダンパのＦ−Ｖ特性であり、ブレーキダンパの減衰特性を示す。横軸にピストン速度Ｖ、縦軸に減衰力Ｆを示している。図５によると、ピストン１３の速度が速度設定値Ｖ１を越えない範囲では、減衰力は減衰力設定値Ｆ１として減衰力を非常に小さくもでき、また、スプリング５２ｂの設定を変えることで大きくも出来る。速度設定値Ｖ１を越えるとスプール５２ａが閉じ方向に移動して減衰力が増加し、減衰力はＦ１からＦ２と増大する。ピストン速度が一旦速度設定値Ｖ２を越えると、スプール５２ａが閉じてリリーフバルブ５５のリリーフ特性に従い減衰力値はＦ２以上となり大きな減衰力を保持し免震装置に対してブレーキ特性を発揮する。なお、ブレーキ特性の保持時間は、スプール５２ａの片側端面に封じ込められたパイロット圧をニードルバルブ５４の開度調整により抜くことで、徐々にスプール５２ａを開の状態に調整でき、増大したブレーキ特性の保持時間も調整することが出来る。

免震装置用オイルダンパを基礎上に設置する場合の一例を示す平面図 図１におけるオイルダンパと免震支承を基礎と建物の間に設置された断面説明図 ブレーキダンパの（ａ）上面図 および（ｂ）側面断面図 ブレーキダンパの回路図で、（ａ）全体回路図 および（ｂ）はスピードバルブ略図 速度−減衰力特性（Ｆ−Ｖ特性）

１ 基礎
２ 上部建物
３ 免震支承
１０ プレーキダンパ
１１ シリンダ
１２ ピストンロッド
１３ ピストン
１４ 円筒パイプ
５１ スピードバルブ
５２ フローバルブ
５２ａ フローバルブのスプール
５２ｂ フローバルブのスプリング
５３ チェックバルブ
５４ ニードルバルブ
５５ リリーフバルブ
Ａ 油室
Ｂ 油室
Ｃ タンク室

Claims (3)

1. 免震支承との併用により免震装置を構成し、地震時の基礎と上部建物の相対変位を抑制するために、地震の揺れのエネルギーを吸収し、減衰させる免震装置用のブレーキダンパであって、前記基礎および前記上部建物の一方に連結されたシリンダと当該シリンダ内に摺動自在に設けられ、当該シリンダ内を左右２つの油室に仕切るピストン、と前記ピストンと一体に設けられ前記基礎および前記上部建物の他方に連結されたピストンロッドとを有する当該シリンダ、および前記ピストンの速度に相応して減衰力を発生するスピードバルブとリリーフバルブを備えることを特徴とする免震装置用のブレーキダンパ。
2. 当該スピードバルブは、フローバルブ、チェックバルブ、ニードルバルブから成り、スピードバルブは前記ピストンの速度に相応してパイロット圧力を創出し、パイロット圧力は前記チェックバルブとニードルバルブを並列に設けた通路を通り、前記フローバルブの初期全開状態スプールの片側端面に導かれ、スプールの反対側端面に配置されたスプリングと対抗してスプールを作動する、請求項１に記載の免震装置用のブレーキダンパ。
3. 当該スピードバルブは、前記ニードルバルブの開度によるパイロット圧力の戻り流れの調整によりパイロット圧力保持時間を調整する、請求項１、２に記載の免震装置用のブレーキダンパ。

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